由于電子的德布羅意波長(zhǎng)非常短，透射電子顯微鏡的分辨率比光學(xué)顯微鏡高的很多，可以達(dá)到0.1～0.2nm，放大倍數(shù)為幾萬(wàn)～百萬(wàn)倍。因此，使用透射電子顯微鏡可以用于觀察樣品的精細(xì)結(jié)構(gòu)，植物重金屬電鏡檢測(cè)服務(wù)，甚至可以用于觀察僅僅一列原子的結(jié)構(gòu)，比光學(xué)顯微鏡所能夠觀察到的的結(jié)構(gòu)小數(shù)萬(wàn)倍。TEM在中和物理學(xué)和生物學(xué)相關(guān)的許多科學(xué)領(lǐng)域都是重要的分析方法，如研究、病毒學(xué)、材料科學(xué)、以及納米技術(shù)、半導(dǎo)體研究等等。



電子束穿過(guò)樣品時(shí)會(huì)攜帶有樣品的信息，TEM的成像設(shè)備使用這些信息來(lái)成像。投射透鏡將處于正確位置的電子波分布投射在觀察系統(tǒng)上。觀察到的圖像強(qiáng)度，I，在假定成像設(shè)備質(zhì)量很高的情況下，近似的與電子波函數(shù)的時(shí)間平均幅度成正比。若將從樣品射出的電子波函數(shù)表示為Ψ，則不同的成像方法試圖通過(guò)修改樣品射出的電子束的波函數(shù)來(lái)得到與樣品相關(guān)的信息。根據(jù)前面的等式，可以推出觀察到的圖像強(qiáng)度依賴(lài)于電子波的幅度，同時(shí)也依賴(lài)于電子波的相位。雖然在電子波幅度較低的時(shí)候相位的影響可以忽略不計(jì)，但是相位信息仍然非常重要。

電子能量損失光譜儀通常在光譜模式和圖像模式上操作，這樣就可以隔離或者排除特定的散射電子束。由于在許多圖像中，非彈性散射電子束包含了許多操作者不關(guān)心的信息，從而降低了有用信息的可觀測(cè)性。這樣，電子能量損失光譜學(xué)技術(shù)可以通過(guò)排除不需要的電子束有效提高亮場(chǎng)觀測(cè)圖像與暗場(chǎng)觀測(cè)圖像的對(duì)比度。

晶體結(jié)構(gòu)可以通過(guò)高分辨率透射電子顯微鏡來(lái)研究，這種技術(shù)也被稱(chēng)為相襯顯微技術(shù)。當(dāng)使用場(chǎng)發(fā)射電子源的時(shí)候，觀測(cè)圖像通過(guò)由電子與樣品相互作用導(dǎo)致的電子波相位的差別重構(gòu)得出。然而由于圖像還依賴(lài)于射在屏幕上的電子的數(shù)量，對(duì)相襯圖像的識(shí)別更加復(fù)雜。然而，這種成像方法的優(yōu)勢(shì)在于可以提供有關(guān)樣品的更多信息。

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