HRTEM里的晶格条纹能说明什么?从成像来源到微观缺陷表征全解析

说明:本文华算科技主要介绍HRTEM晶格条纹的成像来源,以及间距、夹角、连续长度、弯曲和中断所对应的结构信息。

HRTEM里的晶格条纹能说明什么?从成像来源到微观缺陷表征全解析
HRTEM为什么会形成晶格条纹?

晶格条纹来自透射波与衍射波的相位干涉。电子穿过薄区后,晶体的周期性投影势把波函数分解成不同空间频率;物镜再把其中一部分频率传到像平面,形成明暗相间的周期强度。

因此,亮线和暗线是相位衬度形成的像强,晶面本身没有被照相式记录。在弱相位物体近似下,某一倒易矢量g的像强还乘着相位衬度传递函数sinχ(g);欠焦量或球差变化时,同一结构的明暗位置会互换。

样品厚度与带轴偏离也会改变参与干涉的衍射束。条纹清晰度同时受结构和成像传递控制,原子柱位置的对应需有像模拟、焦距序列或像差参数支撑。

HRTEM里的晶格条纹能说明什么?从成像来源到微观缺陷表征全解析
图1. SrTiO3 [001]带轴HRTEM、像模拟与纳米衍射;模拟参数含欠焦41.3 nm和样品厚度25.0 nm。DOI:10.3390/ma11112323

条纹周期对应被物镜传递的空间频率。它与某组晶面的投影周期相合时,才写成dhkl;标尺校准、取区位置和候选晶体结构缺一项,0.20 nm仍只是一个测量数值。

采集记录至少保留加速电压、像素尺寸、欠焦、厚度范围和倾转状态。相同区域在邻近焦距或邻近帧中的条纹若发生可辨变形,前者应重复出现在邻近焦距,后者会随焦距移动或反转。

HRTEM里的晶格条纹能说明什么?从成像来源到微观缺陷表征全解析
晶格条纹间距、夹角、连续长度怎么看?

结构解码要把长度、方向与晶体学候选逐项约束。实空间测量给出几何量,FFT读出互易尺度,晶格常数和消光条件再删去不相容的(hkl)组合。

间距怎样换成晶面周期?

沿条纹法向跨过N个周期,量得长度L,便有d=L/N。跨周期测量会削弱单像素落点带来的偏差;弯曲区域则分成较小窗口,保留位置坐标和标准差。

FFT斑点到中心的距离给出|g|,两者满足|g|=1/d。单个d值常与多个物相、多个晶面族重合,第二组非共线周期和两组斑点夹角会大幅压缩候选集合。

HRTEM里的晶格条纹能说明什么?从成像来源到微观缺陷表征全解析
图2. FCC-Ti薄片与HCP-Ti基体的HRTEM、反傅里叶像及两相FFT标定,含界面取向关系与位错位置。DOI:10.3390/cryst11101164

立方晶系里可用dhkl=a/√(h²+k²+l²)核对数值,非立方晶系改用相应度量关系。数值相合完成一道索引约束,区轴、对称性和邻近相的晶格参数仍要自洽。

两组条纹怎样约束投影取向?

条纹延伸方向与对应倒易矢量互相垂直。取得g1、g2后,g1×g2给出共同区轴方向;夹角则与候选(h1k1l1)和(h2k2l2)的理论夹角核对。

HRTEM里的晶格条纹能说明什么?从成像来源到微观缺陷表征全解析
图3. 冰晶边缘HRTEM、{−1100}傅里叶斑点与局域取向映射;相邻子域取向差约1°。DOI:10.1038/s41467-025-62451-0

局域窗口缩小时,FFT斑点会变宽,方向分辨率随之下降。窗口大小决定空间分辨率与倒易分辨率的取舍,跨界面的大窗口容易把两个微小转角平均成一组拉长斑点。

同一周期与方向可追踪的长度,反映该空间频率在当前视野内的连续范围。它与颗粒直径是两个量:晶粒倾转、厚度起伏、弯曲消光或非晶覆盖都能让条纹提前消失。

HRTEM里的晶格条纹能说明什么?从成像来源到微观缺陷表征全解析
条纹弯曲、中断和强弱变化各由什么产生?

异常形貌按几何特征分类。周期渐变对应位移梯度,线端对应晶面终止,长周期拍频对应晶格叠加;强度单独减弱时核查厚度、倾转和相位衬度传递。

位错和界面怎样改写条纹几何?

条纹在某点终止,并伴随邻近条纹弯曲时,可画Burgers回路核对闭合差。额外半晶面是刃位错的实空间几何特征,终止方向与闭合差共同约束Burgers矢量。

若局域周期从d0变为d,可写法向应变ε=(d−d0)/d0。参考区、滤波半径和掩膜位置必须随应变图保存,否则滤波引入的相位跳变会伪装成线端。

HRTEM里的晶格条纹能说明什么?从成像来源到微观缺陷表征全解析
图4. Cu薄膜(2−11)晶面的滤波反傅里叶条纹;黄色“T”标出线端,测得晶面间距0.153 nm。DOI:10.3390/ma17030555

界面两侧若各有稳定周期,间距差和方向差可对应失配及取向关系;界面附近的弯曲范围则记录弹性松弛区。原始HRTEM与滤波像并列保存后,线端是否源于掩膜才可复核。

莫尔条纹为何属于晶格差频?

两套相近倒易矢量叠加时,差矢量Δg=g1−g2形成拍频,莫尔周期满足D=1/|Δg|。D常远大于任一晶面间距,把它索引成新的大晶面会得到虚假的晶格常数。

两套相同周期d仅有转角θ时,D=d/[2sin(θ/2)];方向相同而间距略异时,D≈d1d2/|d1−d2|。莫尔周期编码的是两套晶格的差值,其方向也由Δg决定。

HRTEM里的晶格条纹能说明什么?从成像来源到微观缺陷表征全解析
图5. Cu纳米析出物HRTEM及三区FFT标定;核心区含V形莫尔条纹,邻近区域对应9R、FCT与α-Fe晶格。DOI:10.3390/nano14161335

识别莫尔拍频时,在FFT中寻找两套原始斑点,再由Δg反算长周期。长周期若只存在于重叠区,拍频便来自那一处双晶格投影。

成像参数和电子束怎样改变条纹?

欠焦改变传递函数零点,厚度改变动力学散射,偏离带轴改变衍射束激发强度。条纹消失而轮廓未变时,对照焦距、厚度和倾转记录;局部结构突变则应在相邻焦距下保留相近位置。

电子束还会驱动空位、迁移、还原、非晶化或相变。首帧、末帧、累计剂量和采集时间构成时间轴;条纹中断若只在后续帧出现,它记录的是束照后的结构状态,而非入束前的原始区域。

声明:如需转载请注明出处(华算科技旗下资讯学习网站-学术资讯),并附有原文链接,谢谢!
(0)
上一篇 1天前
下一篇 1天前

相关推荐