電子晶體學(xué)與圖像處理

前言

　　電子衍射為和X射線相并立的晶體結(jié)構(gòu)分析之實(shí)驗(yàn)手段，兩者互相補(bǔ)充，進(jìn)而發(fā)展了根據(jù)衍射花樣來確定晶體結(jié)構(gòu)的多種方法，從而測(cè)定了大量材料的晶體結(jié)構(gòu)，為固體物理學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。電子顯微術(shù)則是光學(xué)顯微術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，利用了高電壓下電子德布羅意波波長(zhǎng)較短的特征，從而使顯微術(shù)的分辨本領(lǐng)得到大幅度的提高，從亞微米的量級(jí)推進(jìn)到亞納米的量級(jí)，利用當(dāng)今的高分辨電子顯微鏡，可以通過薄晶體的直接成像而獲得接近原子尺度分辨率的結(jié)構(gòu)像。從表面看來，作為結(jié)構(gòu)分析的實(shí)驗(yàn)手段，電子衍射與高分辨顯微術(shù)所走的道路大相徑庭。前者探測(cè)倒易空間中的衍射花樣，而后者則探測(cè)實(shí)空間中的顯微像。但是，被觀測(cè)物體的衍射花樣和其顯微像之間存在有根本性的內(nèi)在聯(lián)系。早在19世紀(jì)，阿貝（E.Abbe）在發(fā)展光學(xué)顯微術(shù)之際，就提出了顯微成像的衍射理論，將這一聯(lián)系闡述得非常清楚。被觀測(cè)的物體（例如光柵）通過物鏡而形成衍射花樣，而這些衍射光束的低散射角的部分再通過透鏡而綜合成顯微像。事實(shí)上，這相當(dāng)于對(duì)原物體進(jìn)行了兩次傅里葉變換，其一為將物體轉(zhuǎn)換成衍射譜，其二為逆傅里葉變換使衍射譜重構(gòu)成顯微像.值得注意，由于顯微鏡物鏡孔徑的限制，使高散射角的衍射光束不能參與成像，再加上顯微鏡球差的制約，使得顯微像的保真度和分辨率均受到限制。另一方面，若對(duì)光柵直接記錄其衍射譜，則由于衍射振幅中相位信息的丟失，造成了結(jié)構(gòu)分析的甘苦。幸好由于結(jié)構(gòu)分析直接法的問世，使得衍射振幅的相位重建有規(guī)可循，大大地推進(jìn)了結(jié)構(gòu)分析技巧的發(fā)展?！　‘?dāng)代高分辨電子顯微鏡既可以提供被觀測(cè)晶片的兩維顯微像。又可以提供該晶體的衍射花樣。但是傳統(tǒng)的做法是將兩者割裂開來進(jìn)行的：有些科學(xué)家致力于利用電子衍射來進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)分析；而另一些科學(xué)家則致力于從顯微像的襯度分布來提取結(jié)構(gòu)像。

內(nèi)容概要

本書是高分辨電子顯微學(xué)和圖像處理方面的專著，共分三篇，第一篇介紹了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)衍射理論、各類電子衍射花樣、晶體對(duì)稱性的會(huì)聚束電子衍射測(cè)定、晶體結(jié)構(gòu)的衍射分析方法，以及基于動(dòng)力學(xué)電子衍射的晶體結(jié)構(gòu)因子精確測(cè)定；第二篇介紹了高分辨電子顯微像的成像原理、像襯度及其近似理論、像的理論計(jì)算以及借助高分辨電子顯微像測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)的模型法；第三篇簡(jiǎn)單介紹了高分辨電子顯微像的各種圖像處理方法，著重于高分辨電子顯微學(xué)的求逆，包括從顯微像求定出射波和從顯微像直接求定晶體結(jié)構(gòu)。其中電子晶體學(xué)圖像處理技術(shù)及其在測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)和缺陷中的應(yīng)用是第三篇的重點(diǎn)，亦是全書的重點(diǎn)。    本書可作為從事電子晶體學(xué)研究和顯微圖像處理技術(shù)方面的研究人員和高等院校師生的參考書。

作者簡(jiǎn)介

李方華，1932年出生于香港，原籍廣東德慶。1952年由武漢大學(xué)選派留學(xué)蘇聯(lián)，1956年畢業(yè)于列寧格勒大學(xué)物理系。歷任中國科學(xué)院物理研究所研究實(shí)習(xí)員、助理研究員、副研究員，現(xiàn)任研究員。1993年當(dāng)選中國科學(xué)院院士，1998年當(dāng)選第三世界科學(xué)院院士。曾任中國電子顯微學(xué)會(huì)理

書籍目錄

第一篇  電子衍射　第1章　運(yùn)動(dòng)學(xué)電子衍射理論  　1.1　電子波  　1.2　薛定諤方程和玻恩近似  　1.3　散射波振幅  　1.4　原子散射因子  　1.5　無界和有界周期點(diǎn)陣對(duì)電子的衍射  　1.6　晶體對(duì)電子的衍射和結(jié)構(gòu)因子  　1.7　電子衍射幾何  　1.8　電子衍射強(qiáng)度　第2章　動(dòng)力學(xué)電子衍射理論  　2.1　玻恩迭代方法  　2.2　布洛赫波方法　　2.3　散射矩陣?yán)碚摗　　?.4　豪伊-惠蘭方程　　2.5　物理光學(xué)方法  第3章  電子衍射花樣　　3.1　單晶體的電子衍射花樣　　3.2　多晶體電子衍射花樣　　3.3　織構(gòu)電子衍射花樣　　3.4　菊池衍射花樣　　3.5　會(huì)聚束電子衍射花樣  第4章  晶體對(duì)稱性的會(huì)聚束電子衍射測(cè)定  第5章  電子衍射晶體結(jié)構(gòu)分析  第6章  結(jié)構(gòu)因子和電荷密度分布測(cè)定第二篇  高分辨電子顯微學(xué)  第7章  成像原理  第8章  像的襯度和模擬像  第9章  模型法測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)第三篇  電子晶體學(xué)圖像處理  第10章  高分辨電子顯微像的圖像處理  第11章  像的解卷處理  第12章  相位擴(kuò)展與衍射強(qiáng)度校正  第13章  微小晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定  第14章  原子分辨率晶體缺陷測(cè)定附錄一  薛定諤方程的積分解附錄二  傅里葉變換與卷積附錄三  消光距離鈿（nm）（電子加速電壓為100 kV）附錄四  消光規(guī)律與點(diǎn)陣類型及微觀對(duì)稱元素的關(guān)系附錄五  平面群附錄六  230個(gè)空間群的GM線規(guī)律表附錄七  無公度調(diào)制結(jié)構(gòu)索引

章節(jié)摘錄

　　第3章　電子衍射花樣　　3.4　菊池衍射花樣　　3.4.4 菊池衍射花樣的應(yīng)用　　在一定的晶體厚度下，菊池衍射花樣與點(diǎn)狀電子衍射花樣共存。此時(shí)只有在φ＝θ，即入射束與反射晶面的夾角等于布拉格角的情形下，衍射指數(shù)為hkl的菊池線才通過hkl衍射斑。若傾動(dòng)晶體，使入射束與反射晶面的夾角略略偏離布拉格角，點(diǎn)狀花樣上的衍射斑位置幾乎不變，而菊池線的位置則明顯改變。因?yàn)榫粘鼐€很敏感于晶體取向，這一特點(diǎn)使菊池花樣可用于精確測(cè)定晶體取向?！　∫?yàn)榫粘匮苌浠拥那逦扰c試樣的完整性有關(guān)，當(dāng)晶體有缺陷時(shí)，清晰度降低，所以菊池衍射花樣又可用于鑒別晶體的完整性?！　‘?dāng)動(dòng)力學(xué)效應(yīng)較弱時(shí)，仔細(xì)研究菊池線的幾何學(xué)可得出精確的晶胞參數(shù)值。如可借助三條菊池線間的截點(diǎn)來建立晶胞參數(shù)與電子波長(zhǎng)之間的關(guān)系。當(dāng)電子波長(zhǎng)增大，衍射角隨之增大時(shí)，三條菊池線的三個(gè)截點(diǎn)將相互靠攏，且在某一定波長(zhǎng)下，匯合成一點(diǎn)。對(duì)這三條菊池線作指標(biāo)化后，可以測(cè)得點(diǎn)陣參數(shù)。這一想法最早是由Lonsdale針對(duì)X射線衍射中的科塞爾（Kossel）線提出的。應(yīng)用于電子衍射時(shí)，較容易改變電子加速電壓來改變波長(zhǎng)，以使三個(gè)截點(diǎn)匯合于一點(diǎn)。

編輯推薦

　　《電子晶體學(xué)與圖像處理》首先從電子衍射的理論和實(shí)踐出發(fā)，一直講到如何用它來測(cè)定晶體的對(duì)稱性和結(jié)構(gòu)；然后論述了高分辨電子顯微像的成像原理與襯度理論，以及用它來定晶體結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)方法；在最后一篇中介紹了電子晶體學(xué)中兩步進(jìn)行圖像處理的新方法，作者自己的重要貢獻(xiàn)構(gòu)成了這一篇的主干，一些實(shí)例也多半取自她領(lǐng)導(dǎo)的研究組的工作。這本專著體現(xiàn)了作者的科學(xué)思想，又為新進(jìn)入這一領(lǐng)域的研究生或研究工作者指出了掌握電子晶體學(xué)的一條康莊大道。這是一本優(yōu)秀的科學(xué)著作，很值得翻譯成英語出版，可望在國際學(xué)術(shù)界產(chǎn)生更廣泛的影響。

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