物理所電子顯微學圖像像襯理論研究獲進展
透射電鏡高分辨成像是材料等研究領域的重要分析手段，然而高分辨像像襯度（簡稱像襯）與晶體結構之間的關系并不是顯而易見的：像襯除了會受成像條件（如欠焦量）的影響，還隨著樣品厚度的變化而變化，像差校正電鏡中尤其嚴重。所以為了解釋高分辨像襯需要理解成像條件和樣品厚度對像襯的影響。
從物理過程上講，透射電鏡成像分為兩個過程：電子與物質的相互作用形成出射波；出射波經過磁透鏡調制生成電子顯微像。電子與物質的相互作用可以用多層法精確描述，但是由于多層法公式復雜，無法將計算得到的出射波函數與樣品的投影勢函數一一對應起來。為了對高分辨像進行解釋，前人發展了弱相位物體近似理論，在特殊的成像條件下，高分辨像和投影勢圖一一對應。但弱相位物體近似完全忽略樣品厚度對電子的散射，所以無法解釋厚度對圖像襯度的影響。李方華等人將多層法相關思想和弱相位物體近似理論相結合，發展了贗弱相位物體近似理論，在準相干近似下，成功預測高分辨像中原子位置對應的襯度隨厚度的變化規律，并首次觀察到Li原子位置。相對于準相干近似，透射交叉系數（TCC）理論可精確描述高分辨像成像過程，包括成像過程中的線性和非線性效應。當樣品變厚時，非線性效應成為影響像襯的主要因素，但目前對于非線性效應影響的研究甚少。
近期，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室（籌）的常云杰在副研究員葛炳輝、王玉梅指導下將贗弱相位物體近似理論和TCC理論相結合，研究高分辨像像襯隨樣品厚度的變化規律。在考慮低階像差的條件下推導出高分辨像線性部分和非線性部分的解析表達式，從而定量給出兩個部分隨樣品厚度變化的規律。并且發現線性部分和非線性部分分別是成像條件的奇函數和偶函數，從而提出了像差校正電鏡成像中球差系數不為零的情況下分離線性和非線性部分的方法，即使用某成像條件及其相反數（正負球差系數及正負欠焦量）分別成像，直接通過兩張圖的加減獲得線性部分和非線性部分。下圖是利用模擬的正負球差系數的高分辨像進行線性非線性分離的結果。PCSI和NCSI分別是成像條件相反的兩張高分辨像。
該研究結果將促進透射電鏡高分辨像分析定量化，促進像差校正高分辨電子顯微學的發展。以上結果發表在Microscopy (2016)。
該工作受到國家自然科學基金項目支持。
利用模擬的不同厚度AlN [100]高分辨像（PCSI和NCSI）進行線性、非線性分離的結果。
-
焦點事件
