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TEM的多级衍射原理是什么

2020.9.29

  透射电子显微镜(Transmission electron microscope,缩写TEM),简称透射电镜[1] ,是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上,电子与样品中的原子碰撞而改变方向,从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关,因此可以形成明暗不同的影像,影像将在放大、聚焦后在成像器件(如荧光屏、胶片、以及感光耦合组件)上显示出来。

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  由于电子的德布罗意波长非常短,透射电子显微镜的分辨率比光学显微镜高的很多,可以达到0.1~0.2nm,放大倍数为几万~百万倍。因此,使用透射电子显微镜可以用于观察样品的精细结构,甚至可以用于观察仅仅一列原子的结构,比光学显微镜所能够观察到的最小的结构小数万倍。TEM在中和物理学和生物学相关的许多科学领域都是重要的分析方法,如癌症研究、病毒学、材料科学、以及纳米技术、半导体研究等等。

  衍射对比度

  由于电子束射入样品时会发生布拉格散射,样品的衍射对比度信息会由电子束携带出来。例如晶体样品会将电子束散射至后焦平面上离散的点上。通过将光圈放置在后焦平面上,可以选择合适的反射电子束以观察到需要的布拉格散射的图像。通常仅有非常少的样品造成的电子衍射会投影在成像设备上。如果选择的反射电子束不包括位于透镜焦点的未散射电子束,那么在图像上没有样品散射电子束的位置上,也就是没有样品的区域将会是暗的。这样的图像被称为暗场图像。

  这种成像方式可以用来研究晶体的晶格缺陷。通过认真的选择样品的方向,不仅能够确定晶体缺陷的位置,也能确定缺陷的类型。如果样品某一特定的晶平面仅比最强的衍射角小一点点,任何晶平面缺陷将会产生非常强的对比度变化。然而原子的位错缺陷不会改变布拉格散射角,因此也就不会产生很强的对比度。

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