高分辨扫描透射电子显微镜原理及其应用
扫描电子显微镜的结构原理和功能用途
扫描电子显微镜的结构原理和功能用途扫描电镜简介电子源发射的电子束经过电磁透镜的电子光学通路聚焦，电子源的直径被缩小到纳米尺度的电子束斑，与显示器扫描同步的电子光学镜筒中的扫描线圈控制电子束，在样品表面一定微小区域内，逐点逐行扫描。
电子束与样品相互作用，从样品中发射的具有成像反差的信号，由一个适当的图像探测器逐点收集，并将信号经过前置放大器和视频放大器,用调制解调电路调制显示器上相对应显示像素的亮度，形成我们人类观察习惯的，反映样品二维形貌的图像或者其他可以理解的反差机制图像。
由于图像显示器的像素尺寸远远大于电子束斑尺寸，（0.1mm/1nm=100,000倍）而且显示器的像素尺寸小于等于人类肉眼通常的分辨率，这样显示器上的图像相当于把样品上相应的微小区域进行了放大。
通过调节扫描线圈偏转磁场，可以控制电子束在样品表面扫描区域的大小，理论上扫描区域可以无限小，但可以显示的图像有效放大倍数的限度是扫描电镜分辨率的限度。
模拟图像扫描系统：样品上每个像素模拟信号直接调制阴极射线管对应显示像素的亮度，由于生成一幅高质量图像一般需要数秒或者数十秒/帧，所以模拟电镜使用慢余辉显像管终端显示一幅活图像，为了便于在显像管上观察图像，需要暗室，操作者可按照一定规程调整仪器参数，如图像聚焦，移动样品台搜索感兴趣区域，调节放大倍数，亮度对比度，消象散等从而获得最佳的图像质量。
模拟图像输出采用高分辨照相管，用单反相机直接逐点记录在胶片上，然后冲洗相片。
自1985年以来，模拟图像电镜已经被数字电镜取代。
数字图像扫描系统：样品上每个像素发出的成像信号，被图像探测器探测器后，经过前置放大器，和视频放大器放大，直接进行信号数字化，然后存储在图像采集卡的帧存器，形成数字图像数据，图像数据可被电镜操作软件读取，操作者在图形交互界面（GUI)上对图像进行调整控制，并把调整好的数字图像存储在计算机中硬盘中。
模拟控制是控制信号不经过计算机软件,直接由操作台按键旋钮等对执行机构进行控制,属于人工手动控制,控制精度由操作者观察仪表盘的变化决定.例如高压电源,扫描线圈,探测器电源,电子枪控制，磁透镜控制,样品台的运动控制等等。
透射电子显微镜下的生物大分子结构解析
透射电子显微镜下的生物大分子结构解析一、透射电子显微镜技术概述透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, TEM）是一种利用电子束穿透样品的高分辨率显微镜技术。
与传统的光学显微镜相比，透射电子显微镜能够提供纳米级别的分辨率，这使得它在生物大分子结构解析领域具有独特的优势。
本文将探讨透射电子显微镜在生物大分子结构解析中的应用，分析其原理、技术特点以及在生物科学领域的重要作用。
1.1 透射电子显微镜的基本原理透射电子显微镜的工作原理基于电子光学原理，电子束通过电磁透镜聚焦，穿透样品后，由检测器接收并转换成图像。
由于电子波长远小于可见光，因此TEM能够达到比光学显微镜更高的分辨率。
1.2 透射电子显微镜的技术特点透射电子显微镜具有以下技术特点：- 高分辨率：能够达到原子级别的分辨率，适合观察生物大分子的精细结构。
- 多模式成像：除了传统的透射成像外，还可以进行扫描透射成像（STEM）和电子衍射等。
- 样品制备要求：需要将生物样品制备成极薄的切片，以确保电子束的有效穿透。
- 环境控制：需要在高真空环境下操作，以避免电子束与空气分子的相互作用。
1.3 透射电子显微镜在生物大分子结构解析中的应用透射电子显微镜在生物大分子结构解析中的应用非常广泛，包括蛋白质、核酸、病毒等生物大分子的形态学研究和结构分析。
二、生物大分子结构解析的技术和方法生物大分子结构解析是一个复杂的过程，涉及多种技术和方法。
透射电子显微镜技术在这一过程中扮演着重要角色，但也需要与其他技术相结合，以获得更全面和准确的结构信息。
2.1 样品制备技术生物大分子的样品制备是结构解析的第一步，也是关键步骤之一。
透射电子显微镜要求样品必须足够薄，通常需要使用超微切割、冷冻断裂或聚焦离子束等技术来制备样品。
2.2 高分辨率成像技术高分辨率成像是获取生物大分子结构信息的基础。
透射电子显微镜通过优化电子束的聚焦、样品的放置和成像条件，可以获得高质量的图像。
TEM电子显微镜工作原理详解
TEM电子显微镜工作原理详解TEM电子显微镜是一种高分辨率的分析仪器，能够在纳米尺度下观察材料的微观结构和成分，对于研究材料的性质和特性具有重要意义。
本文将详细介绍TEM电子显微镜的工作原理，包括透射电子显微镜和扫描透射电子显微镜。
透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）工作原理：透射电子显微镜主要由电子光源、透镜和探测器组成。
首先，电子光源发射高能电子束，这些电子从阴极发射出来，经过加速器获得较高的能量。
然后，电子束通过一系列的电磁透镜进行聚焦，使电子束变得更加细致和密集。
接着，电子束通过物质样本，部分电子被样本吸收或散射，形成透射电子。
这些透射电子被接收器捕获和放大成像，形成TEM图像。
透射电子显微镜的工作原理是基于电子的波粒二象性。
电子是一种粒子同时也是一种波动，其波动性质使得它具备非常短的波长，远远小于可见光的波长。
这使得TEM能够观察到比传统光学显微镜更小的尺度。
另外，透射电子显微镜在工作中还需要考虑电子束的束流强度、对样本的破坏性和控制样本与探测器之间的距离等因素。
TEM电子显微镜通过透射电子成像方式观察样本，因此对样本的制备要求非常高。
样品需要制备成非常薄的切片，通常厚度在几十纳米到几百纳米之间，以保证电子可以穿透。
对于一些无法制备成切片的样品，可以利用离子切割或焦离子技术获得透明的样品。
此外，在观察样本时需要避免污染和氧化等现象。
扫描透射电子显微镜（Scanning Transmission Electron Microscope，STEM）工作原理：扫描透射电子显微镜是透射电子显微镜的一种变种，它在透射成像的基础上加入了扫描功能。
STEM可以实现高分辨率的成像，同时也可以进行能谱分析和电子衍射。
STEM电子显微镜工作原理类似于透射电子显微镜，但需要注意的是，STEM使用的电子束并不需要通过所有的样本区域。
电子束只需通过样本中的一个小区域，然后扫描整个样本，因此样本制备要求和透射电子显微镜相比较低。
电子显微镜高分辨率成像原理解析
电子显微镜高分辨率成像原理解析电子显微镜是一种利用电子束代替光束进行成像的高分辨率显微镜。
相比传统光学显微镜，电子显微镜具有更高的分辨率和更强的穿透能力，因此在物理学、材料科学、生物学等领域具有广泛的应用。
本文将解析电子显微镜的高分辨率成像原理。
电子显微镜的高分辨率成像原理基于电子波的性质。
与光波相比，电子波有更短的波长，因此可以提供更高的分辨率。
电子显微镜中使用的是加速的电子束，其波长约为0.004 nm，远远小于可见光的波长（约为500 nm）。
由于波长的差异，电子波在物质中传播时与光波有明显不同的相互作用。
在电子显微镜中，电子束首先通过电子枪发射出来。
电子枪由一个热阴极和一系列电场构成，使电子获得高速和定向。
然后，电子束经过一系列电磁透镜进行聚焦，以提高成像的分辨率。
透镜的聚焦原理与光学显微镜中的透镜类似，但是由于电磁透镜对电子束的作用是基于电磁力而不是折射，因此可以实现更高的分辨率。
在样品前面放置一个光学透镜或者一个透明的薄膜，这样可以让电子束在穿过样品之前先经过一次散射。
散射过程会产生一个衍射斑，其中包含了有关样品的信息。
这个衍射斑被成像系统接收，并通过数学逆变换（如傅里叶变换）来还原成样品的图像。
为了获得高分辨率的成像，电子显微镜通常使用透射电子显微镜（TEM）。
在TEM中，电子束穿过非常薄的样品，然后通过光学透镜进行成像。
这种设计可以减少样品与电子束之间的相互作用，提高成像的分辨率。
另一种常用的电子显微镜是扫描电子显微镜（SEM）。
在SEM中，电子束通过针尖和样品之间的空间，而不是穿过样品。
电子束扫描样品表面，并通过扫描电子显微镜的探测器接收反射、透射、散射的电子，然后将这些信号转化为图像。
SEM通常用于观察样品表面的形貌和细微结构。
除了分辨率，电子显微镜的成像质量还取决于样品的制备和环境条件。
样品的制备通常涉及将样品切割成非常薄的切片，并在真空或低压环境中进行观察，以避免电子束与空气分子相互作用。
透射电子显微镜的原理及应用
透射电子显微镜的原理及应用一．前言人的眼睛只能分辨1/60度视角的物体，相当于在明视距离下能分辨0.1mm 的目标。
光学显微镜通过透镜将视角扩大，提高了分辨极限，可达到2000A 。
光学显微镜做为材料研究和检验的常用工具，发挥了重大作用。
但是随着材料科学的发展，人们对于显微镜分析技术的要求不断提高，观察的对象也越来越细。
如要求分表几十埃或更小尺寸的分子或原子。
一般光学显微镜，通过扩大视角可提高的放大倍数不是无止境的。
阿贝（Abbe ）证明了显微镜的分辨极限取决于光源波长的大小。
在一定波长条件下，超越了这个极限度，在继续放大将是徒劳的，得到的像是模糊不清的。
图1-1（a ）表示了两个点光源O 、P 经过会聚透镜L ，在平面上形成像O ，、P ，的光路。
实际上当点光源透射会聚成像时，由于衍射效应的作用在像平面并不能得到像点。
图1-1（b ）所示，在像面上形成了一个中央亮斑及周围明暗相间圆环所组成的埃利斑（Airy ）。
图中表示了像平面上光强度的分布。
约84%的强度集中在中央亮斑上。
其余则由内向外顺次递减，分散在第一、第二……亮环上。
一般将第一暗环半径定义为埃利斑的半径。
如果将两个光源O 、P 靠拢，相应的两个埃利斑也逐渐重叠。
当斑中心O ，、P ，间距等于案例版半径时，刚好能分辨出是两个斑，此时的光点距离d 称为分辨本领，可表示如下：αλsin 61.0d n = （1-1） 式中，λ为光的波长，n 为折射系数，α孔径半角。
上式表明分辨的最小距离与波长成正比。
在光学显微镜的可见光的波长条件下，最大限度只能分辨2000A 。
于是，人们用很长时间寻找波长短，又能聚焦成像的光波。
后来的X 射线和γ射线波长较短，但是难以会聚聚焦。
1924年德布罗（De Broglie ）证明了快速粒子的辐射，并发现了一种高速运动电子，其波长为0.05A 。
，这比可见的绿光波长短十万倍！又过了两年布施（Busch ）提出用轴对称的电场和磁场聚焦电子线。
扫描电子显微镜的原理和应用
扫描电子显微镜的原理和应用扫描电子显微镜是一种利用电子束扫描样品表面并对扫描到的电子信号进行成像的高分辨率显微镜。
与光学显微镜不同，扫描电子显微镜利用电子束通过透镜和场控制技术非常高效地聚焦并成像，以获得超高分辨率的成像效果，以及大量的表面和物质信息。
扫描电子显微镜的原理扫描电子显微镜的核心是电子光源，它利用热发射、光电发射或场致发射等方式产生的电子束，经过一系列的焦距透镜、偏转线圈、探针控制和信号采集系统组成。
扫描电子显微镜的成像原理和传统光学显微镜略有不同。
它不是通过透镜去聚焦光线来成像，而是通过利用电子作用在样品表面的电磁场和电子-物质相互作用来实现的。
扫描电子显微镜利用电子束在样品表面扫描出一个小点，由电子-物质相互作用产生的电子信号被收集并转化成电子图像数据，然后利用计算机对数据进行图像处理，形成高分辨率的显微成像，以及其它相关物化信息。
扫描电子显微镜的应用扫描电子显微镜因其超高分辨率和强大的化学和物理分析功能而广泛应用于许多领域。
在材料科学领域，扫描电子显微镜广泛用于各种材料的表面和微结构分析，包括晶体结构、颗粒形貌、纳米结构、原子局部构型等。
其中，扫描透射电子显微镜（STEM）可以提供比常规扫描电子显微镜更高的结构分辨率，可用于对材料和生物样品的超高分辨率成像和分析。
在生物科学领域，扫描电子显微镜广泛应用于生物样品的形态与结构分析，如细胞器、膜结构、细胞外矩阵等。
同时，扫描电子显微镜也被用于对代谢过程和细胞凋亡等重要生物过程的研究。
在微电子制造和半导体工业中，扫描电子显微镜用于分析芯片表面的纳米结构和性能，以及其他半导体材料和器件的研究和开发。
在环境科学领域，扫描电子显微镜可用于分析环境污染物的化学成分和形态，如粉尘、气溶胶、烟尘等，有助于研究它们的来源、形成机制和生物毒性。
结论扫描电子显微镜是一种高分辨率的显微镜技术，具有广泛的应用前景和重要的科学意义。
不仅能够提高我们对材料、生物样品、半导体和环境的理解，而且也在未来的许多领域中发挥着重要的作用。
扫描电子显微镜的原理及应用
扫描电子显微镜的原理及应用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种使用电子束而不是光束的显微镜，它通过对被测样品表面进行扫描和检测，以获取高分辨率的图像。
SEM具有优秀的分辨率和放大倍数，被广泛应用于材料科学、生命科学、纳米技术、地质学等领域。
SEM的工作原理如下：1. 产生电子束：通过电子枪产生高能电子束，电子枪包括一个热阴极和一根聚焦的阳极。
电子束可以通过区域限制器（aperture）来控制束流的大小。
2.加速电子束：电子束通过电子镜来加速，这是一个由透镜组成的系统。
电子束在电子镜中得到聚焦，束流变窄，成为高能、高分辨率的束流。
3.扫描样品：样品被放置在SEM的样品台上，电子束通过磁场的作用进行X、Y方向扫描。
扫描电子镜的样品台通常也可以进行上下方向的运动，以获得不同深度的图像。
4.接收和检测：当电子束照射在样品表面上时，样品中发生的相互作用将会发射出各种信号，包括二次电子、透射电子、X射线以及退火融合过程产生的光谱信号等。
SEM通过收集并检测这些信号，并将其转化为电信号。
5.构建显像：电信号被转化为亮度信号，并用于构建图像。
SEM可以生成大量的图像类型，包括二次电子图像（SE图像）、透射电子图像（BSE图像）、X射线能谱图（EDS图像）等。
6.分析和测量：SEM可以提供非常详细的样品表面形貌信息，包括形貌、尺寸、形状、纹理等。
还可以使用EDS技术分析样品的化学元素组成。
SEM的应用范围十分广泛：1.材料科学：SEM可以研究材料的微观结构、相变过程、表面形貌以及晶格结构等。
它可以用于分析金属、陶瓷、纤维、塑料等材料的微观结构，从而改进材料的性能和开发新材料。
2.生命科学：SEM非常适合观察生物样品的微观结构，如昆虫、细胞、细菌等。
它可以研究生物样品的组织结构、表面形貌，以及细胞壁、细胞器等微观结构。
3.纳米技术：SEM可以观察和测量纳米级别的颗粒、膜、纳米线、纳米管等纳米材料。
扫描电镜的原理与应用
扫描电镜的原理与应用1. 扫描电镜的原理扫描电镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）是一种高分辨率、高放大倍数的显微镜，它利用电子束对样本进行扫描，通过收集样本产生的散射电子和二次电子来生成图像。
其原理主要包括以下几个步骤：1.电子发射：在扫描电子显微镜中，首先需要产生高能的电子束。
这通常通过热力发射或场致发射来实现。
对于热力发射，根据石鹢-德拜方程，利用电子枪通过加热金属丝或陶瓷发射体，使其发射出的电子能够获得足够的能量进入到显微镜的系统中。
2.电子透镜系统：扫描电子显微镜中的电子束需要通过一系列的电子透镜系统进行聚焦。
这些电子透镜包括磁透镜、电透镜和取向透镜等。
通过精确控制这些电子透镜，可以获得较小的电子束尺寸和良好的分辨率。
3.样本交互：样本位于电子束进入样品室的位置。
当电子束与样品相互作用时，会产生多种相互作用，包括透射、反射、散射等。
通过控制电子束的扫描方式，可以对不同相互作用的电子进行收集和分析。
4.信号检测和图像生成：通过探测电子束与样品相互作用产生的信号，可以获取样品表面上的丰富细节信息。
最常用的信号检测方法包括二次电子检测和散射电子检测。
通过收集这些信号，并进行信号处理和图像生成，可以获得样品的高分辨率图像。
2. 扫描电镜的应用扫描电镜在各个领域中都有广泛的应用，其高分辨率和高放大倍数的特点使其成为了研究和观察微观结构的重要工具。
以下列举了几个扫描电镜应用的领域：2.1 材料科学•纳米材料研究和观察：扫描电镜可以对纳米材料进行表面和内部结构的观察，有助于研究纳米材料的物理性质和化学反应过程。
•材料表面形貌观察：扫描电镜可以观察材料表面的形貌特征，如晶体结构、表面缺陷、孔洞分布等，有助于研究材料的结构与性能。
2.2 生物科学•细胞观察：扫描电镜可以观察细胞的形态和结构，包括细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞器等，有助于研究细胞的功能和生理过程。
•组织结构研究：扫描电镜可以观察组织的微观结构，有助于研究组织的生物学特性和病理学变化。
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１ 引言
近 20 年来，随着电子显微技术的不断发展， 高分辨扫描透射电子显微术(STEM)已经成为目前 最为流行和广泛应用的电子显微表征手段和测试 方法。相比于传统的高分辨相位衬度成像技术， 高分辨扫描透射电子显微镜可提供具有更高分辨
* 国家自然科学基金(批准号：51271209)资助项目
率、对化学成分敏感以及可直接解释的图像，因 而被广泛应用于从原子尺度研究材料的微观结构 及成分。其中高角环形暗场像(HAADF-STEM，Z 衬度像)为非相干高分辨像，图像衬度不会随着样 品的厚度及物镜的聚焦的改变而发生明显的变 化，像中亮点能反映真实的原子或原子对，且像 点的强度与原子序数的平方成正比，因而可以获 得原子分辨率的化学成分信息 。 [1] 近年来，随着
繁琐的计算机模拟，因而 Z 衬度像尤其适合于材 料中缺陷及界面的研究[6]。
STEM 中除了通过环形探测器接收散射电子
的信号成像，还可以通过后置的电子能量损失谱
仪检测非弹性散射电子信号，得到电子能量损失
谱(EELS)，分析样品的化学成分和电子结构。此
外，还可以通过在镜筒中样品上方区域安置 X 射 线能谱探测器进行微区元素分析(EDS)。因此在
摘 要 扫描透射电子显微术是目前应用最广泛的电子显微表征手段之一，具有分辨 率高、对化学成分敏感和图像直观易解释等特点。其中高分辨扫描电子显微镜可以直接获得 原子分辨率的 Z 衬度像，结合 X 射线能谱(EDS)和电子能量损失谱(EELS)，可在亚埃尺度上对 材料的原子和电子结构进行分析。文章简述了扫描透射电子显微镜的基本原理及其应用现 状，重点论述了高角环形暗场(HAADF)和环形明场(ABF)像的成像原理、特征和应用。此外， 文中还对原子尺度分辨率的 X 射线能谱及电子能量损失谱元素分析方法进行了简述。
所包括的环形区域中，散射电子的散射截面σ可 以用卢瑟夫散射强度θ1 到θ2 的积分来表示，经过 积分后可以得到
σቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
=
æ
ç
è
m m0
ö
÷
ø
Z 2 λ4
4π3
a2 0
æ ç è
θ2 1
1 +
θ2 0
-
θ2 2
1 +
θ2 0
ö ÷ ø
，
其中 m 为高速电子的质量，m0 为电子的静止质 量，Z 为原子序数，λ为电子的波长，a0为玻尔半 径，θ0为博恩特征散射角。因此，在厚度为 t 的试
实验技术
高分辨扫描透射电子显微镜原理及其应用*
贾志宏† 丁立鹏 陈厚文
( 重庆大学材料科学与工程学院 重庆 400044 )
The principle and applications of high-resolution scanning electron microscopy
JIA Zhi-Hong† DING Li-Peng Chen Hou-Wen
( College of Materials Science and Engineering，Chongqing University，Chongqing 400044，China)
2015－01－20 收到 † email：zhihongjia@
DOI：10.7693/wl20150704
别 发 现 了 Gd， Zn 原 子 的 周 期 性 偏 聚 。 由 于 HAADF-STEM 中原子柱的亮度与原子序数成正 比，因而 Gd 和 Zn 的原子柱可以在孪晶界上明 显观察到。Gd 和 Zn 在孪晶界面上的周期性偏 聚可有效地降低孪晶的弹性应变能，并对孪晶 的运动起到钉扎作用，从而产生一定的强化作 用。这一发现可以为理解六方和面心立方金属的 孪晶结构、成分开拓新的视野，并为有效调控合 金的成分及热处理工艺奠定基础。
关键词 扫描透射电子显微镜，高角环形暗场像，Ｘ 射线能谱，电子能量损失谱
Abstract Scanning transmission electron microscopy (STEM) is currently one of the most widely used methods for microscopic imaging, due to its advantages of improved resolution, high compositional sensitivity, and directly interpretable images. High-resolution STEM can directly obtain atomic resolution Z-contrast images, and also analyze the atomic and electronic structure of materials on a sub- angstrom scale in combination with X- ray energy- dispersive spectrometry (EDS) and electron energy loss spectrometry (EELS). The fundamental concept and applications of STEM are briefly introduced, and the principle, characteristics and applications of high angle annular dark field and annular bright field imaging are described. The characteristics and applications of EDS and EELS are also briefly described.
样中，单位原子数为 N 时的散射强度 Is为 Is= σNtI ，
这里的 I 为单个原子柱的散射强度。
从以上两式可以看出，HAADF 探测器得到
的像点强度正比于原子序数的平方，因而也被称
为 Z 衬度像，这使我们能够凭借像点的强度来区 分不同元素的原子，由此得到原子分辨率的化学
成分信息，像的解释简明直接，一般不需要复杂
Z 衬度像)。
Z 衬度像利用高角散射电子，为非相干像，
是原子列投影的直接成像，其分辨率主要取决于
电子束斑的尺寸，因而它比相干像具有更高的分
辨率。Z 衬度像随试样厚度和物镜聚焦不会有很
大变化，不会出现衬度反转，所以像中的亮点总
是对应原子列的位置[4]。 根据 Pennycook 等人的理论，在散射角θ1和θ2
Keywords scanning transmission electron microscopy, high angle annular dark field imaging, X-ray energy-dispersive spectrometry, electron energy loss spectrometry
一次实验中可以同时对样品的化学成分、原子结
构、电子结构进行分析[7]。
３ 扫描透射电子显微术成像
３．１ 原子分辨率 ＨＡＡＤＦ 像
获得高分辨 Z 衬度像的两个必要条件是原 子尺度的高亮度电子束斑和环形探测器。电子 束的束斑只有小于或等于 0.2 nm 时才能获得原 子分辨率的图像，因此将电子束聚焦为小而亮 的束斑对于提高扫描透射电镜的分辨率至关重 要。由于透射电子显微镜的电磁透镜存在很大的 像差，限制了可形成的最小束斑及其电流强度， 从而直接影响像的分辨率和信噪比。利用球差校 正技术，可以使得电镜获得更小的电子束斑及更 高的束斑电流强度。配备球差校正器的电镜在 200 kV 电压下可获得至少 0.1 nm 的电子束斑，同 时电子束电流密度提高 10 倍以上，使得 Z 衬度像 的分辨率和探测敏感度进一度提高，电镜的分辨 率进入亚埃尺度，可以获得单个原子的成像 。 [8] 高分辨率 Z 衬度像可以从原子尺度来研究界面、 纳米相和缺陷结构成分以及元素偏聚等复杂的 材料结构[9]。2011 年，FEI 公司推出了配有 ChemiSTEM 技术的球差校正 Titan G2 80-200 电镜，将 超稳定的高亮度 Schottky FEG 源与探针校正技 术结合，实现了 0.08 nm 的原子分辨成像。2014 年 5 月，日本电子株式会社(JEOL)发布了其新一 代球差校正电镜 JEM-ARM300F，HRTEM 的分辨 率 可 以 达 到 0.05 nm， HAADF-STEM 分 辨 率 达 到 0.063 nm，将商业化的透射电镜推向了一个新 极限。
· 446 ·
· 44卷 (2015 年) 7 期
球差校正技术的发展，扫描透射电镜的分辨率及 探测敏感度进一步提高，分辨率达到亚埃尺度， 使得单个原子的成像成为可能。此外，配备先进 能谱仪及电子能量损失谱的电镜在获得原子分辨 率 Z 衬度像的同时，还可以获得原子分辨率的元 素分布图及单个原子列的电子能量损失谱。因而 我们可以在一次实验中同时获得原子分辨率的晶 体结构、成分和电子结构信息，为解决许多材料 科学中的疑难问题(如催化剂、陶瓷材料、复杂 氧化物界面、晶界等)提供新的视野[2]。目前商业 化的场发射扫描透射电子显微镜，不仅可以得到 高分辨的 Z 衬度像和原子分辨率的能量损失谱， 而且其他各种普通透射电子显微术(如衍射成 像、普通高分辨相位衬度像、选区电子衍射、会 聚电子衍射、微区成分分析等)均可以在一次实 验中完成，因而高分辨扫描透射电子显微术将在 材料科学、化学、物理等学科中发挥更加重要的 作用。
近几年来，球差校正扫描透射电子显微镜 已经在从原子尺度认识材料发挥了重要作用。 以镁合金材料为例，孪晶是镁合金塑性变形的重 要方式，控制孪晶的形成及生长是使镁合金获 得良好成形性的关键。如图 3 所示，Jianfeng Nie[10] 等采用 HAADF-STEM 对经过室温压缩和回火后 Mg-Gd，Mg-Zn 合金的孪晶界进行原子尺度的