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高分辩电子显微学简介何战兵大连理工大学材料系中科院物理所电子显微镜国家重点实验室前言1、基本原理2、操作方法3、具体应用4、发展前景前言目的和作用：在单胞甚至原子间距的水平上检验晶体，非晶体材料的结构。将在物样势场作用下电子波的相位变化转化为可观察到的像强度分布;如何从获得的相位衬度---高分辩像上提取物样真实结构信息。国内外常用高分辨电子显微镜1、基本原理（1）、电子显微镜成像（2）、Abbe成像原理（3）、相位衬度（4）、弱相位体及Scherzer欠焦电子显微镜成像：线性传递过程（薛定鄂方程和波迭加原理）（1），聚光镜以及聚光镜光阑将电子光源产生的电子束进行调整，使电子束以适当的孔径角照射到试样上，入射电子波与试样产生交互作用，在试样出射面得到得到电子波的复振幅分布，它携带着试样内部的结构信息。（2），试样出射面处得到的电子波的复振幅分布通过电子显微镜成像系统来成像。阿贝成像原理：光学上，平行光照到一个光栅（周期物样）上产生各级衍射，在透镜的后焦面得到各级衍射极大分布；这些衍射极大又作为次级波波源，产生的次级波在高斯像面上发生干涉叠加，得到光栅的真实像。成像模式质厚衬度：像衬度反映试样不同区域散射强度的差异。-----振幅衬度衍射衬度：反映晶体试样不同区域满足布拉格衍射条件的程度差异。--------振幅衬度相位衬度（高分辨成像模式）：多束干涉成像；利用成像系统的非完成性，偏离理想高斯成像模式，将反映原子尺度结构细节的物波相位差异转为可观察到的像强度分布。（当物样足够薄，由物样相邻柱出射的透射振幅的差异不足以区分相邻的量个像点的程度，得到电子像上振幅衬度为零。）相位体：当电子束透过物体时，只有相位的改变而没有振幅的改变。----理想化概念弱相位体：运动学近似；对试样的要求10nm(实际上，1000Å)。Scherzer欠焦：球差与离焦量引起的电子波传递的附加相位差最早由Scherzer导出。使SinX曲线的绝对值为1的平台展得最宽。在这一段曲线内得衍射波，都不受干扰地经过成像系统而重构近于理想的像。像中对这些衍射波的细节就是可分辨的，或说是不失真的。电子波长，球差系数，欠焦量----SinX像的解释：当物样满足弱相位体近似或赝弱相位体近似时，在Scherzer欠焦条件下获得的结构相可以解释为势函数投影，反映物样中原子或原子团的投影位置分布。否则，需依赖计算机模拟。实验程序1、调整照明系统（束相干和对中等）2、寻找薄晶体3、调整晶体取向：只有当晶体中原子排列成串，而且在与电子束垂直方向分得较开时，才有可能得到结构像。4、像散校正。物镜像散与试样位置和物镜光阑位置都有关系；与物镜调焦及束对中有密切的关系。5、像的聚焦：使像尽可能反映物的结构。--调谐，选择接收空间频率的作用。（以一定的欠焦量与固定球差相结合在传递函数中形成一定的频率通带）6、拍摄。应用领域材料科学（纳米，超导，巨磁阻，多层膜，准晶，陶瓷，发光材料，缺陷，等无所不包）生命科学信息科学凡需要研究微观结构的地方，就离不开高分辩电子显微镜应用事例高分辨电镜新发展及其发展方向1、超高压电子显微镜—缺陷晶体，小粒子，结构未知晶体相的结构分析。2、无（负）球差电子显微镜---点分辨本领。3、Z衬度电镜。4、场发射枪（高亮度，高相干和低能量发散）5、改善加速电压电流的稳定性。6、计算机模拟和相的重构（电子晶体学：最大熵解卷，出射波重构，高分辨三维重构）7、定量高分辨电子显微学。8、与X射线衍射相结合确定新相的结构。