E26 · 电子成像 / 电子谱学

TEM 质量厚度对比

为什么更致密的夹杂在 TEM 明场中更暗？ 它把更多电子散射到大角度，物镜光阑正好把这些电子挡在明场像外面。换大一点的光阑，一部分散射电子又能进来，这种质量厚度衬度就变弱了。

让平行电子束穿过一块非晶楔形薄片，薄片里嵌着更致密的夹杂。调节物镜光阑，只保留零损失电子，再改变离焦。一路追踪直通、散射和被挡掉的电子，看最终图像由哪些电子组成。

记录强度 $0\,\mathrm{\%}$

致密夹杂对比 $0\,\mathrm{\%}$

几何模糊 $0\,\mathrm{nm}$

每个 4 nm 像素计数 $0$

更多测量与实验目标

光阑排除 $0\,\mathrm{\%}$

滤波排除 $0\,\mathrm{\%}$

无弹性散射 $0\,\mathrm{\%}$

零损失比例 $0\,\mathrm{\%}$

多次非弹性散射 $0\,\mathrm{\%}$

实验任务 $\text{—}$

模型假设

对比度按非相干振幅模型计算。弹性和非弹性平均自由程都是假定值；角分布由直通分量加一个高斯展宽构成。零损失滤波去掉所有损失了能量的电子。离焦只带来几何模糊，不模拟菲涅耳相位对比、衍射、多层切片或动力学散射。平均自由程是示意值，不是查表得到的材料数据。

先抓重点

P_{\mathrm{dir}}=e^{-t/\lambda_{\mathrm{el}}},\quad P_0=e^{-t/\lambda_{\mathrm{in}}}

本教学模型假定弹性与非弹性事件相互独立。

T_{\alpha}=P_{\mathrm{dir}}+(1-P_{\mathrm{dir}})\left(1-e^{-\alpha^2/(2\sigma_\theta^2)}\right)

漫散射部分的宽度按假定的均方散射角选取。

T_{\mathrm{filtered}}=T_{\alpha}P_0,\quad P_{\ge2}=1-(1+t/\lambda_{\mathrm{in}})P_0

被挡掉的强度单独记为一部分，这里不计算吸收。

容易误解明场图像里少掉的每个电子都被样品吸收了。

正确理解模型把入射电子分成三部分：被记录的、被光阑挡掉的、被滤波器去掉的。不加任何吸收项，单是电子被散射到别的角度，图像就会变暗。

01
预测光阑的作用
预测增大物镜光阑会让致密夹杂更亮还是更暗，在相同厚度下比较对比目标与大光阑。
你会看到： 物镜光阑把散射角的变化变成亮度的差别。光阑开大，散射电子又被收回来，质量对比随之变弱。零损失电子和未散射电子也不是同一批。
02
达到对比目标
记录强度保持在入射强度的 15% 以上，夹杂对比至少 15%，多次非弹性散射小于 30%，几何模糊小于 4 nm。
你会看到： 先看数值是否达标，再把仪器视图和数据图对照着看。
03
分清各种损失
比较零损失滤波与未滤波，再增厚薄片并离焦，分别解释计数损失、多次散射和模糊。
你会看到： 对比度按非相干振幅模型计算。弹性和非弹性平均自由程都是假定值；角分布由直通分量加一个高斯展宽构成。零损失滤波去掉所有损失了能量的电子。离焦只带来几何模糊，不模拟菲涅耳相位对比、衍射、多层切片或动力学散射。平均自由程是示意值，不是查表得到的材料数据。