近十多年来，随着球差校正技术的发展，透射电子显微镜的空间分辨率进入亚埃(sub-Angstrom)级别。超高空间分辨率下，球差校正透射电镜兼具多种功能，可以在原子尺度内同时分析材料的晶体结构及电子结构等信息，是材料微观结构表征的利器，在化学、材料和生物等研究领域具有非常广泛的应用。
球差校正透射电镜基本原理
球差即球面像差，是透镜像差中的一种。对于电磁透镜，透镜边缘的汇聚能比透镜中心的更强，从而导致所有的电子束无法汇聚到一个焦点，因而影响成像能力，如图 1a所示。通过原理类似凹透镜的球差校正系统，能够将来自光轴和偏离光轴的电子真正的汇聚到一点，如图 1b所示，从而大大提高电镜的分率，实现亚埃尺度的空间分辨率。如图 2a、b所示，分别为TEM和STEM (scanning transmission electron microscope，扫描透射电子显微镜)模式下的球差校正示意图，其中球差校正系统由两组六级电磁透镜和系列圆形传递透镜组成。
图1
(a) 普通TEM成像电子光路图；(b) 球差校正TEM成像电子光路图
图2
(a) TEM球差校正示意图；(b) STEM球差校正示意图
STEM球差校正电镜技术
透射电镜球差校正主要分为TEM下的物镜球差校正和STEM下的聚光镜球差校正。因为STEM技术比TEM技术应用更加广泛，图像的分析解读更加直观，我们主要介绍STEM球差校正技术。
STEM是通过汇聚电子束在样品上逐行逐列扫描成像，如图 3所示，根据收集角的角度大小，可以依次获取明场像(BF)、环形明场像(ABF)及高角环形暗场像(HAADF)。
图3
扫描透射电镜中不同成像模式
其中HAADF图像衬度近似正比于原子序数的平方(~Z2)，直观易解释，而环状明场像(ABF)图像衬度近似正比于~Z1/3，可以同时对重元素和轻元素进行成像。
主要应用
·常规形貌观察：对各种材料内部微结构进行二维显微形貌观察。可以拍摄TEM高分辨透射图像、STEM高分辨扫描透射图（BF明场像/HAADF高角环形暗场像）等
BF明场像/HAADF高角环形暗场像
·结构分析：选区电子衍射SAED测试
·成分分析：配合能谱仪可以对样品元素做点、线、面成分分布分析，以及B(5) – Am(95)元素进行定性和半定量微区分析（EDS）；可以得到原子分辨率的元素面分布图像；适合重元素的成分分析。
原子级Mapping
针对轻元素，可以进行电子能量损失谱(EELS）测试
·积分相位差衬度成像（iDPC）：应用积分相位差衬度成像系统（iDPC）反映样品的投影电势信息，有利于轻元素和重元素同时成像。
石墨烯HAADF像及iDPC像
（实现了高分辨下轻重原子的直接分辨）
来源于米格实验室，作者米格小编
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