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电子显微学习题解答

作业一

1.空间分辨率的定义？分辨率跟哪些因素有关？有哪些可以提高分辨率

的方法？

空间分辨率的定义：两个Airy斑中心间距等于第一Airy斑直径时，物平面上

相应的两个物点间距。

分辨率的相关因素：理论分辨率、相差分辨率、色差分辨率、像散分辨率。

提高分辨率的方法：

①降低电子枪发射电子的能量发散度；

②把样品做薄，减少电子与样品相互作用的能量损失；

③利用球差矫正器，减小球差系数；

④适当提高加速电压，减小磁透镜不同区域对电子的聚焦能力的差别；

⑤提高透镜励磁电流；

⑥改进极靴设计，提高极靴内磁场的径向均匀性；

⑦利用消像散器引入一个强度和方位可调的矫正磁场来消除像散；

⑧使用单色仪；

⑨……

2．现在电镜最好的空间、能量、时间分辨率大概是多少？

空间分辨率：30~40pm；

美国康奈尔大学DavidA.Muller教授团队发表文章，利用叠层成像技术和自主研制的电子

显微镜像素阵列探测器（EMPAD），在低电子束能量（80keV）成像条件下，以二硫化钼

二维材料为样品，实现了0.39Å的空间分辨率。

能量分辨率：8meV；

北京大学电镜中心的NionU-HERMES能量分辨率优于8meV。

时间分辨率：50fs（飞秒级别）。

3.你所在研究组主要需要用到电镜表征的那些功能？

TEM弱束暗场成像

EDS-X-射线能谱

作业二

1.电镜的主要构成部分？

电子光学系统：电子枪、聚光镜、光栏、物镜、底片照相系统、图像观察增强器、

CCD记录系统以及各级磁透镜等

真空系统：机械泵、分子泵、离子泵和扩散泵等

动力系统：为电镜提高电源、动力和加速电压等

循环冷却系统

样品台

图1电镜部分结构的位置图

2.电子枪和磁透镜的工作原理？

电子枪：根据阴极温度和阴极表面电场的不同，把电子发

射归纳为两种模式：

（1）热发射枪：在高温下，费米分布带尾的电子获得足够的动

能，克服表面功函数而发射出金属表面。

（2）场发射枪：在枪尖上施加强电场，外加电场一方面降低了

金属表面势垒，更主要的是使势垒宽度变窄，电子得以通过量

子隧穿而发射出来。

磁透镜：一个由线圈、铁壳和极靴组成的，

能够利用激励电流产生轴对称静磁场的系统。

图2磁透镜结构示意图图3.1电子运动示意图a

（1）电子在螺旋管线圈产生的磁场中运动，当电子沿线圈轴线

运动时，电子运动方向与磁感应强度方向一致，电子不受力，

以直线运动通过线圈。

（2）当电子运动偏离轴线时，电子运动方向与磁感应强度方向

不平行，受磁场洛仑兹力的作用，电子运动方向发生偏转，最

后会聚在轴线上的一点。

（3）当电子运动的轨迹是一个圆锥螺旋曲线时，经过螺旋运动，

电子被聚焦在焦点上。

图3.2电子运动示意图b

3.所在课题组的哪些研究项目可以用得上原位技术？什么原理？怎么

设计原位实验？

在TEM中对材料施加外电场，利用原位技术观察材料在外场下的结构演化，

以此在一定程度上来解释低温输运中，当材料施加相同电场时，材料结构

所发生的的变化。

原理：

（1）库仑力作用于材料中的原子核和电子，使之移动，发生极化或产生缺陷，

材料发生结构形变；

（2）对照试验。

设计思路：根据低温输运中施加电场的大小，合理控制原位实验中所加外

场的大小，进而观察材料发生的结构形变。

4.你所在研究组主要需要用到电镜表征的那些功能？

TEM弱束暗场成像

EDS-X-射线能谱

作业三

1.了解自己所在实验室主要研究什么样品（典型的一种到三种）

答：二维材料如，单层MoS2、双层石墨烯、单层WS2

2.该样品的尺寸、形貌等信息

答：以单层WS2为例：