球差校正高分辨电子显微镜用于β-Si3N4结构成像

现代透射式电子显微镜允许利用球差系数作为额外的自由参数来优化分辨率和对比度^[1-3]。通过调节物镜的球差系数，在白原子对比度下，孤立的氮原子柱以及六元环内的Si-N哑铃沿[0 0 0 1]和[0 0 0 1]投影成像，哑铃间距为0.94Å。这是在球差系数为负或为正的情况下获得的。

介绍了一种仅限于线性成像条件的纯位相成像的简单方法。利用球差作为优化分辨率和对比度的额外可调参数，我们通过应用负CS成像(NCSI、负CS、过焦距)条件，获得了4 nm厚的Si₃N₄中β-Si₃N₄六元环结构的图像，从而产生了清晰的白色原子对比度。在相邻的颗粒中，哑铃间距为0.94 Å的Si-N哑铃分别沿[0 0 0 1]和[0 0 0 1]投影成像，直观地显示了沿螺杆轴线的哑铃取向。六元环内部的微小对比可能与CS校正器械的低频传输间隙有关。

在较厚的样品(7 nm)的情况下，与计算结果一致，在正CS和焦下也获得了Si-N哑铃的白原子对比度。然而，对于较薄的样本和NCSI成像条件，哑铃图像的清晰度较低。进一步的实验工作和计算正在解决为不同厚度的Si3N4样品确定最佳对比度的成像参数的问题。

通过对<0001> Si3N4的扩展图像计算表明，对于非常薄的样品厚度(到0.5 nm)，用互补参数(7CS和8散焦)获得的图像强度只是彼此互补的。对于如此薄的样品(在线性成像理论的有效厚度范围内)，提出了一种简单的纯相衬成像方法。

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