了解球差校正透射电镜,从这里开始~.doc

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1、了解球差校正透射电镜，从这里开始~科袖科袖网小程序小程序01前言球差校正透射电镜(sphericalaberrationcorrectedTransmissionElectronMicroscope:ACTEM)随着纳米材料的兴起而进入普通研究者的视野。超高的分辨率配合诸多的分析组件使ACTEM成为深入研究纳米世界不可或缺的利器。这里将给大家介绍ACTEM的基本原理，何为球差，如何校正，ACTEM的种类，以及如何为ACTEM准备你的样品。最后我会介绍一下透射电镜的最前沿，球差色差校正透射电镜。02什么是球差？100kV的电子束的0.037埃，而普通TEM

2、的电分辨率仅仅为0.8纳米。这主要是由TEM中磁透镜的像差造成的。球差即为球面像差，是透镜像差中的一种。其他的三种主要像差为：像散、彗形像差和色差。透镜系统，无论是光学透镜还是电磁透镜，都无法做到绝对完美。对于凸透镜，透镜边缘的会聚能力比透镜中心更强，从而导致所有的光线（电子）无法会聚到一个焦点从而影响成像能力。在光学镜组中，凸透镜和凹透镜的组合能有效减少球差，然而电磁透镜却只有凸透镜而没有凹透镜，因此球差成为影响TEM分辨率最主要和最难校正的因素。此外，色差是由于能量不均一的电子束经过磁透镜后无法聚焦在同一个焦点而造成的，它是仅次于球差的影响TEM分辨

3、率的因素。透射电镜球差校正器有两种，一种是是聚光镜球差校正器（ProbeCscorrector），另一种是物镜球差校正器（ImageCscorrector）。市场上商品化的球差校正透射电镜有三种组合：一种是只装备聚光镜球差校正器的球差电镜一种是只装备物镜球差校正器的球差电镜一种是装备聚光镜和物镜球差校正器的双球差校正透射电镜。如果配备不同的样品杆，和环境气氛装置，可以在球差电镜上进行原位电子显微学研究。图一，球差和色差的成因示意图03如何校正球差？自TEM发明后，科学家一直致力于提高其分辨率。1992年德国的三名科学家HaraldRose（UUlm）、K

4、nutUrban（FZJ）以及MaximilianHaider（EMBL）研发使用多极子校正装置调节和控制电磁透镜的聚焦中心从而实现对球差的校正，最终实现了亚埃级的分辨率。被称为ACTEM三巨头的他们也获得了2011年的沃尔夫奖。多极子校正装置通过多组可调节磁场的磁镜组对电子束的洛伦茨力作用逐步调节TEM的球差，从而实现亚埃级的分辨率。图二，三种多极子校正装置的示意图和球差矫正光路示意图04ACTEM的种类TEM中包含多个磁透镜：聚光镜、物镜、中间镜和投影镜等。球差是由于磁镜的构造不完美造成的，那么这些磁镜组都会产生球差。当我们矫正不同的磁透镜就有了不同

5、种类的ACTEM。回想一下STEM的原理，当我们使用STEM模式时，聚光镜会聚电子束扫描样品成像，此时聚光镜球差是影响分辨率的主要原因。因此，以做STEM为主的TEM，球差校正装置会安装在聚光镜位置，即为AC-STEM。而当我们使用image模式时，影响成像分辨率的主要是物镜的球差，此种校正器安装在物镜位置的即为AC-TEM。当然也有在一台TEM上安装两个校正器的，就是所谓的双球差校正TEM。此外，由于校正器有电压限制，因此不同的型号的ACTEM有其对应的加速电压，如FEITITAN80-300就是在80-300kV电压下运行，也有专门为低电压配置的低压

6、ACTEM。05球差透射电镜VS普通透射电镜，有何特点和优势？（1）分辨率：ScherzerResolution,d=0.65Cs1/4λ3/4，目前最高分辨率可达0.06nm，比普通高分辨高了一个数量级。（2）原理：球差电镜安装了物镜矫正器或者聚光镜矫正器，消除了一些透镜系统中存在的球面像差，将透射电镜的分辨率提高到了亚埃级（0.06nm）无校正器有校正器（3）CEOS公司球差校正器实物图：（4）双球差电镜性能指标：06球差电镜可以做哪些测试工作？球差电镜可以在两种模式下工作，分别是“TEM模式”和“STEM模式”，在TEM下更多是观察形貌，在STEM

7、模式下，可以做EDS和EELS成分线扫和mapping。（1）TEM模式：低倍形貌像、高分辨像、衍射、会聚束衍射、纳米束衍射,EFTEM(配GIF系统)，高分辨图像透射束和衍射束的相干像，衬度与焦聚有关，如果要解析原子结构像，样品要求比较薄，现在用户使用不多。但如果想做原位电子显微学研究，一般都在此模式下进行。收集图像的设备是CCD。TEM图像TEM图像（2）STEM模式该模式下，可以使用各种明场和暗场探头收集各种图像。收集图像种类有HADDFLADDFBFABF（JEOL），它有优势得到的是原子结构像，像的衬度与原子序数有关，用户处理数据简单。E

8、DS和EELS线扫描和面扫描都需要在此模式下进行。stembf像高分辨的hadd