TEM球差

球差

不完美透鏡導致的直接結果就是引入了讓顯微學者最頭疼的球差。電子的聚焦是靠洛倫茲力來實現的，在洛倫茲力的作用下，電子以旋進的方式聚焦。在TEM里有一條光軸，就和光學顯微鏡中的光軸一樣，偏離光軸時，透鏡對光的聚焦能力和靠近光軸的聚焦能力是不同的。當然了，原則上是希望穿過透鏡的光都能聚焦到焦點上。這點，在光學顯微鏡里面算是做到了極致，然而在TEM里面，呵呵，可樂瓶。

簡單的說就是磁透鏡在聚焦偏離光軸的電子時聚焦的太厲害了，導致偏離光軸的電子束提前在光軸上完成聚焦，也就是說實際聚焦點在光軸上面連成了一條線，當這些聚焦的電子束在散開去像平面成像的時候，本來應該是一個很小的斑，此時變成了一個很大的斑。無論是在TEM還是在SEM中，追求更小的聚光斑是永恒的目標。尤其是在STEM中，試想，要形成原子像，你總不會希望用一個比原子大的斑去照原子吧？兩個原子之間的距離大概0.25nm，你一個斑就0.8nm，那么在不考慮衍射的情況下，相鄰的兩個斑都會重合了，更不要說加上衍射了。

比較牛逼的電鏡現在已經可以校正球差了，有些是單球差校正，有些是雙球差校正，如下圖所示，那個插滿紅黃藍綠管子的方形盒子就是球差校正器。這種電鏡的價格是十分昂貴的，FEI的TItan，要3400萬左右。我還聽說了這么一個事，不知真假：向FEI預定電鏡的話要事先付一筆錢，前一個合約，合約上會說到，不能保證每臺成產出的電鏡都達到最佳的效果，大概有十分之一的概率最終所得到的電鏡滿足不了性能的期待值，這樣的話首款會被退回當做是補償。另外，我國現在尚不能自行制造TEM，據我了解，好像SEM也不行。

除了球差，另外兩個比較重要的像差是 色差還有像散。相比起球差，這兩種像差的校正，技術上面相對容易，課本里面有比較全面的介紹，我就不在這里贅述了。