【摘要】 Egerton等人探索了厚有机样品中弹性和非弹性散射的特性，以及在透射电子显微镜 （TEM） 和扫描透射电子显微镜 （STEM） 中提供对比的机制。

三维电子成像的发展激发了人们对厚TEM样品中电子散射以及从该过程中提取信息的最佳方法的新兴趣。可以从一系列薄样品中获得三维结构，但该过程涉及大量的样品制备，并不总是实用的。共聚焦 STEM提供了一些深度辨别，但需要精确对齐。随着计算机驱动的倾斜平台和数据处理软件的发展，电子断层扫描已成为一种从相对较厚的样品中获取三维结构的实用方法。

 

Egerton等人[1]探索了厚有机样品中弹性和非弹性散射的特性，以及在透射电子显微镜 （TEM） 和扫描透射电子显微镜 （STEM） 中提供对比的机制。从非晶态碳记录的实验数据用于预测明场图像强度、质量-厚度对比度和剂量限制分辨率作为厚度、物镜孔径大小和初级电子能量的函数.为了预测厚样本的振幅对比度和分辨率，我们需要知道复数散射的角度分布。弹性散射和非弹性散射的角度依赖性都可以测量（例如，从能量滤波的TEM衍射图中）或从物理理论中推断出来。图1展示了300 keV 电子的弹性散射（蓝色方块）和非弹性散射（红色圆圈）的对数-对数图。非弹性散射集中在小角度（θ和≈ 0.1 mrad 用于 E0= 300 keV），而弹性散射延伸到更大的角度 （θ0≈ 10 mrad，300 keV）。

 

这些单散射方程适用于薄试样，但对于较厚的散射则不然，其中复数或多个（n > 10）散射起着主导作用。厚试样中多重散射的角度分布如图2所示，对于散射在 4 μm 厚的非晶态碳样品中的 300 keV 电子。在如此厚的样品中，每个球面度的散射（图2中的黑色曲线）近似于图1所示弹性分布的展宽版本。之所以发生这种展宽，是因为 n 倍散射的角度分布是单散射分布的 n 倍二维卷积。图2中的蓝色曲线显示了每单位角度的散射，该散射在最可能的角度处达到峰值，大约为 θ0(n和-1)0.63.红色曲线表示散射到一定角度 θ 的入射电子的分数 F（θ）。将这些信息与样品中的色差、物镜孔径衍射和光束展宽的估计相结合，计算出在E处可实现的TEM和STEM分辨率，用于直径为 10 μm 的物镜孔径和 1 – 2 μm 厚度的水合生物组织。10 μm 组织样品的 3 MeV 分辨率可能接近 10 nm。

 

图1. 300 keV 电子的弹性散射（蓝色方块）和非弹性散射（红色圆圈）的对数-对数图[1]

 

图2. 300 keV 电子通过厚 （t ≈ 4 μm） 无定形碳样品后总（弹性 + 非弹性）散射角度分布的对数对数图[1]

 

1.Egerton R , Hayashida M , Malac M .Transmission electron microscopy of thick polymer and biological specimens.[J].Micron, 2023, 169:, 103449.

 

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