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第一篇 电子衍射 3

第1章 运动学电子衍射理论 3

§1.1 电子波 3

§1.2 薛定谔方程和玻恩近似 4

§1.3 散射波振幅 6

§1.4 原子散射因子 7

§1.5 无界和有界周期点阵对电子的衍射 11

1.5.1 点阵函数 11

1.5.2 无界δ周期点阵对电子的衍射 12

1.5.3 有界δ周期点阵对电子的衍射 12

§1.6 晶体对电子的衍射和结构因子 13

§1.7 电子衍射几何 14

1.7.1 倒易点阵 14

1.7.2 反射球 18

1.7.3 布拉格方程 18

§1.8 电子衍射强度 19

1.8.1 严格满足布拉格衍射 19

1.8.2 偏离布拉格衍射 20

第2章 动力学电子衍射理论 23

§2.1 玻恩迭代方法 24

§2.2 布洛赫波方法 25

2.2.1 贝特理论 25

2.2.2 色散面 31

2.2.3 双束近似 32

2.2.4 衍射波强度 35

2.2.5 布洛赫波的通道效应 41

§2.3 散射矩阵理论 42

§2.4 豪伊-惠兰方程 44

§2.5 物理光学方法 45

2.5.1 惠更斯原理和基尔霍夫公式 45

2.5.2 菲涅耳衍射 47

2.5.3 菲涅耳传播因子 49

2.5.4 夫琅禾费衍射 49

2.5.5 多片理论 50

第3章 电子衍射花样 54

§3.1 单晶体的电子衍射花样 56

3.1.1 电子衍射花样的形成和一般特征 56

3.1.2 零阶和高阶劳厄带 56

3.1.3 衍射斑形状 58

3.1.4 禁阻衍射 59

3.1.5 晶面间距测定和指标化 61

3.1.6 收集三维衍射数据和倒易点阵重构 61

3.1.7 衍射花样对称性和衍射群测定 63

§3.2 多晶体电子衍射花样 68

§3.3 织构电子衍射花样 69

§3.4 菊池衍射花样 71

3.4.1 菊池线的形成 71

3.4.2 菊池带 73

3.4.3 菊池线的指标化 74

3.4.4 菊池衍射花样的应用 75

§3.5 会聚束电子衍射花样 75

3.5.1 衍射花样的形成和分类 75

3.5.2 零阶和高阶劳厄带衍射 81

3.5.3 零阶劳厄带衍射中的宽条纹 83

3.5.4 高阶劳厄带线 85

第4章 晶体对称性的会聚束电子衍射测定 90

§4.1 倒易性原理 91

§4.2 三维对称元素导致的会聚束电子衍射花样对称性 92

§4.3 31个会聚束电子衍射群 97

§4.4 点群测定 101

§4.5 空间群测定 103

第5章 电子衍射晶体结构分析 110

§5.1 尝试法 110

§5.2 帕特森方法 111

5.2.1 帕特森函数 111

5.2.2 帕特森图 112

5.2.3 从帕特森图推导晶体结构 112

§5.3 重原子法 113

§5.4 直接法 116

5.4.1 单位结构因子和归一结构因子 116

5.4.2 结构因子关系的不等式 117

5.4.3 结构不变量和半不变量 119

5.4.4 塞尔等式和符号关系式 122

5.4.5 一般相位关系式和正切等式 124

5.4.6 品质因子 126

§5.5 最大熵方法 128

5.5.1 信息论的最大熵原理 128

5.5.2 衍射相位的推导 129

§5.6 温度因子校正和结构修正 130

5.6.1 温度因子校正 130

5.6.2 傅里叶修正 132

5.6.3 最小二乘修正 133

第6章 结构因子和电荷密度分布测定 138

§6.1 精确测定结构因子的方法和原理 139

6.1.1 临界电压法 139

6.1.2 菊池线交截法（HOLZ线交截法） 142

6.1.3 等厚条纹法 145

6.1.4 摆动曲线法 146

§6.2 会聚束电子衍射技术的应用 147

6.2.1 用会聚束电子衍射实现不同方法 147

6.2.2 温度感生临界电压效应 148

6.2.3 阴影像会聚束电子衍射技术 149

6.2.4 定量会聚束电子衍射技术的优化算法 151

§6.3 不同方法的比较 151

§6.4 电荷密度分布测定举例 152

6.4.1 Ni3Al合金 152

6.4.2 γ-TiAl合金 154

第二篇 高分辨电子显微学 161

第7章 成像原理 161

§7.1 相位衬度电子显微像 162

7.1.1 电子显微像 162

7.1.2 点阵像和结构像 165

§7.2 电子与物体的相互作用 168

7.2.1 出射波与透射函数 168

7.2.2 相位物体 169

7.2.3 弱相位物体 170

7.2.4 物体的多片模型 171

7.2.5 赝弱相位物体 171

7.2.6 柱体近似 174

§7.3 物镜成像 175

7.3.1 物镜前平面的电子波 175

7.3.2 透镜的作用 176

7.3.3 物镜后平面的电子波 176

7.3.4 衍射波函数 176

7.3.5 理想的像 178

7.3.6 实际的像 180

§7.4 物镜传递函数 182

7.4.1 离焦效应 182

7.4.2 球差效应 183

7.4.3 离焦和球差的综合效应 184

7.4.4 色差-光源的时间相干性 186

7.4.5 入射束发散度-光源的空间相干性 191

7.4.6 像散 195

7.4.7 物镜光阑 197

第8章 像的衬度和模拟像 199

§8.1 像衬度的近似理论 199

8.1.1 弱相位物体近似像衬理论 199

8.1.2 投影电荷密度近似像衬理论 202

8.1.3 赝弱相位物体近似像衬理论 203

8.1.4 柱体近似和通道理论的像衬 211

8.1.5 不同近似像衬理论的比较 211

§8.2 像的分辨率和信息极限 212

8.2.1 舍尔策聚焦和通频带 212

8.2.2 像的点分辨率和显微镜的点分辨本领 214

8.2.3 分辨率与成像电子光学参数的关系 216

8.2.4 信息极限 218

§8.3 模拟像 220

8.3.1 动力学电子衍射波的计算方法 220

8.3.2 多片法使用要点 221

8.3.3 像波函数计算 224

§8.4 像衬变化规律 224

8.4.1 像衬随离焦量的变化和傅里叶像 225

8.4.2 像衬随晶体厚度的变化与结构像的衬度反转 226

8.4.3 从像衬规律到轻原子观察 228

8.4.4 离焦量与晶体厚度的互补关系 232

8.4.5 电子束和晶带轴偏离光轴对像衬度的影响 233

第9章 模型法测定晶体结构 238

§9.1 步骤和要求 238

9.1.1 拍摄变焦系列像 238

9.1.2 挑选结构像 239

§9.2 构筑和确定晶体结构模型 242

§9.3 K-Nb复合氧化物晶体结构测定 243

9.3.1 猜测的晶体结构模型 243

9.3.2 高分辨电子显微像和结构像 244

9.3.3 结构模型和模拟像 246

§9.4 氟碳铈钡矿晶体结构测定 247

9.4.1 氟碳铈钡矿和黄河矿晶体结构的一般情况 247

9.4.2 黄河矿晶体的高分辨电子显微像和结构像 248

9.4.3 氟碳铈钡矿晶体的高分辨电子显微像 251

9.4.4 建立氟碳铈钡矿晶体的可能结构模型和确定正确的模型 252

第三篇 电子晶体学图像处理 259

第10章 高分辨电子显微像的图像处理 259

§10.1 高分辨电子显微学的求逆 259

10.1.1 高分辨电子显微学的逆问题 259

10.1.2 求逆途径 260

§10.2 电子光学参量测定 261

10.2.1 衍射图和索恩衍射图 261

10.2.2 衬度传递函数曲线 262

10.2.3 测定离焦量和球差系数的作图法 265

§10.3 出射波重构 266

10.3.1 电子全息方法 267

10.3.2 系列显微像方法 271

§10.4 针对晶体试样的图像处理 276

10.4.1 傅里叶滤波 276

10.4.2 过滤噪声 277

10.4.3 选择衍射成像 279

10.4.4 对称平均 281

10.4.5 衍射晶体学与高分辨电子显微学相结合的理论依据 286

第11章 像的解卷处理 290

§11.1 为什么要对像作解卷处理 290

§11.2 解卷过程的离焦量测定 291

§11.3 直接法解卷 293

§11.4 最大熵解卷 297

§11.5 解卷的赝结构因子方法 299

§11.6 解卷像的特性 301

11.6.1 “多解”问题 301

11.6.2 为什么离焦测定值偏离其真值 306

11.6.3 解卷像的衬度和分辨率 308

§11.7 解卷像的用途 309

第12章 相位扩展与衍射强度校正 312

§12.1 电子衍射花样与电子显微像的关系 312

§12.2 相位扩展 313

12.2.1 直接法 314

12.2.2 相位校正法 315

12.2.3 最大熵方法 316

§12.3 电子衍射强度校正 316

12.3.1 为什么要校正衍射强度 316

12.3.2 偏结构因子校正方法 317

12.3.3 衍射强度校正试验 319

12.3.4 超结构情形的处理 323

§12.4 提高显微像分辨率的两种电子晶体学图像处理技术 323

12.4.1 测定微小晶体结构的图像处理技术 323

12.4.2 测定晶体缺陷的图像处理技术 324

第13章 微小晶体结构测定 327

§13.1 测定晶体结构的电子晶体学图像处理技术 327

§13.2 K2O·7Nb2O5晶体结构测定 328

13.2.1 K20·7Nb2O5的晶体学基本参数和实验 328

13.2.2 像的解卷 329

13.2.3 相位扩展和傅里叶修正 331

§13.3 Bi4（Sr0.75La0.25）8Cu5Oy晶体结构测定 334

13.3.1 Bi4（Sr0.75La0.25）8Cu5Oy的晶体学基本参数和实验 334

13.3.2 像的解卷 335

13.3.3 相位扩展和衍射强度校正 336

§13.4 （Pb0.5Sr0.2Cu0.3）Sr2（Ca0.6Sr0.4）Cu2Oy晶体超结构的测定 340

13.4.1 晶体学基本参数和实验 340

13.4.2 对称平均像 341

13.4.3 解卷像 342

13.4.4 电子衍射强度校正 343

13.4.5 相位扩展和傅里叶修正 343

§13.5 Bi2（Sr0.9La0.1）2CoOx晶体超结构的测定 345

13.5.1 电子衍射和高分辨电子显微像 345

13.5.2 滤波和对称平均 346

13.5.3 最大熵解卷 348

13.5.4 相位扩展和傅里叶修正 349

§13.6 Bi2Sr2CaCu2Ox晶体无公度调制结构测定 352

13.6.1 电子衍射分析 352

13.6.2 像的解卷和平均结构像 353

13.6.3 相位扩展 353

§13.7 （Pb0.5Cu0.2Sr0.3）Sr2（Ca0.6Sr0.4）2Cu3Oy无公度调制结构测定 355

13.7.1 晶体学基本参数和实验 355

13.7.2 显微像的平均处理 356

13.7.3 像的解卷-低分辨率的平均结构像 357

13.7.4 主衍射的相位扩展-求定高分辨率的平均结构像 358

13.7.5 卫星衍射的相位扩展-高分辨率调制结构像 359

§13.8 （Y0.6Ca0.4）（SrBa）（Cu2.5B0.5）O7-δ晶体结构中B原子位置的测定 360

13.8.1 晶体的一般情况和实验 360

13.8.2 傅里叶滤波和对称平均像 361

13.8.3 解卷处理和低分辨率结构像 362

13.8.4 相位扩展和衍射强度校正 364

13.8.5 模拟像 366

第14章 原子分辨率晶体缺陷测定 369

§14.1 场发射高分辨电子显微像的解卷处理 369

14.1.1 解卷像的分辨率 369

14.1.2 原理和步骤 370

14.1.3 技术要点 372

§14.2 解卷处理的试验 373

14.2.1 Si晶体孪晶界显微像的解卷处理 374

14.2.2 Si晶体60°位错显微像的解卷处理 374

§14.3 衍射振幅校正 378

14.3.1 校正方法的合理性 378

14.3.2 Si晶体shuffle型60°位错的试验 378

§14.4 区分面心立方晶体中的shuffle型和滑移型60°位错 380

§14.5 Si0.76Ge0.24/Si外延薄膜的位错测定 381

14.5.1 外延膜的高分辨电子显微像 381

14.5.2 shuffle型60°位错 383

14.5.3 复合位错 384

14.5.4 Lomer位错 385

附录一 薛定谔方程的积分解 389

附录二 傅里叶变换与卷积 394

附录三 消光距离ξH（nm）（电子加速电压为100kV） 404

附录四 消光规律与点阵类型及微观对称元素的关系 406

附录五 平面群 408

附录六 230个空间群的GM线规律表 410

附录七 无公度调制结构 436

索引 443