由于TEM分为普通的TEM和用于精细结构成像的STEM，所以球差电镜根据其校正器的安装位置和功能模式，主要分为AC-TEM 和AC-STEM以下两类：
AC-TEM主要应用于图像模式，此时影响成像分辨率的主要因素是物镜的球差；球差校正装置安装在物镜位置，通过调整校正器的参数，实现高分辨率成像。AC-STEM则应用于STEM（扫描透射电子显微镜）的模式，此时影响分辨率的主要因素是聚光镜的球差；球差校正装置会安装在聚光镜位置，同样通过调整校正器的参数，提高成像分辨率。此外，还有双球差校正器TEM，即在同一台TEM中同时安装聚光镜和物镜的球差校正器，以进一步提高成像质量。
双球差校正器电镜同时配备物镜和聚光镜校正器，可灵活切换成像模式，支持更复杂的原位实验（如加热、拉伸等）。
成像原理与球差校正技术
球面像差的成因
球差电镜的成像原理与传统TEM相似，但引入了球差校正装置。电子束从电子枪发射后，经过电磁透镜聚焦到样品上。在样品中，电子与原子相互作用，产生散射电子。这些散射电子经过物镜、中间镜和投影镜的放大后，形成最终的图像。球差校正装置通过精确调制电子束，抵消球面像差的影响，从而提高图像的分辨率。传统TEM的分辨率受限于公式 0.43 × Cs^(1/4) × λ^(3/4)（Cs为球差系数，λ为电子波长）。电磁透镜的球差源于其边缘区域对电子的偏折作用强于中心区域，导致离轴电子与近轴电子无法聚焦于同一平面，形成弥散斑，限制分辨率（传统TEM分辨率约为1-2 Å）。
校正技术
通过引入多极磁透镜（如六极或四极校正器），产生与主透镜相反的像差，抵消球差效应。例如：
硬件校正：在物镜或聚光镜附近安装动态调节的校正器，实时优化电子束路径。
软件辅助：结合自适应算法和电子全息术，精确测量并调整校正参数。
分辨率突破
相比传统TEM，由于AC-TEM有效削减了像差，AC-TEM分辨率显著提高。传统TEM、STEM的分辨率在纳米、亚纳米级，而AC-TEM和AC-STEM的分辨率则能够达到埃级和亚埃级别！分辨率的提高意味着能够对材料进行更精细更准确的结构表征。电镜分辨率可达0.5 Å以下，甚至达到0.06 nm，能够直接观测单原子层结构，如石墨烯中的碳原子空位。
低电压成像
80 kV加速电压下仍保持高分辨率，减少对生物样品或二维材料的损伤。
与其他电镜技术的对比
应用领域
材料科学
纳米材料：观察纳米颗粒形貌、晶界缺陷。
催化剂：揭示活性位点的原子排布，为高效催化剂设计提供助力。
能源材料：分析锂电池电极的锂离子迁移路径，优化电池寿命。
生物医学
冷冻电镜技术：结合球差校正，解析病毒蛋白复合体近原子结构（例如果蝇Dicer-2蛋白复合物研究）。
细胞超微结构：观察线粒体、髓鞘等亚细胞器，推动疾病机制研究。
半导体与器件
缺陷分析：定位芯片中的原子级缺陷，提升器件性能
本文源自微信公众号：中材新材料
原文标题：《球差电镜的原理》
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/BlJB-Gb74AAcihUdAqm7BQ
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