HRTEM / STEM Simulator¶
HRTEM/STEM 模拟器可模拟 TEM 晶格条纹 (HRTEM) 图像、STEM 图像以及投影势。点击 Simulate 即可运行计算。
键盘和鼠标快捷键¶
结果以一个或多个图像窗格的形式显示。它们使用 ReciPro 的标准图像视图导航，所有窗格会一起平移和缩放。
| 快捷键 | 操作 |
|---|---|
| F1 | 打开在线手册的此页面 |
| CTRL+C（图像网格获得焦点时） | 将图像作为图元文件复制到剪贴板 |
| 左键拖动 / 中键拖动 | 平移图像（所有窗格一起移动） |
| 鼠标滚轮向上 / 向下 | 在光标处放大 (×2) / 缩小 (×0.5) |
| 右键拖出一个矩形框 | 放大到所选区域 |
| 右键单击 / 右键双击 | 缩小 (×0.5) |
| CTRL + 右键拖出一个矩形框 | 选择一个矩形区域 |
| 在窗格上左键双击 | 最大化该窗格 / 恢复网格（多窗格布局） |
| 移动鼠标（不按键） | 读取光标处的位置 (pm) 和像素值 |
→ 请参阅 21. 键盘和鼠标快捷键 以一览每个窗口。
按目标快速导航¶
| 目标 | 起点 | 参考 |
|---|---|---|
| 计算单张 HRTEM 图像 | 将 Image mode 设为 HRTEM，然后在 TEM conditions 中设置加速电压和欠焦 | HRTEM 模拟、HRTEM 成像 |
| 计算 STEM 图像 | 将 Image mode 设为 STEM，然后在 STEM options 中设置会聚角和探测器 | STEM 模拟、STEM 计算 |
| 查看投影势 | 将 Image mode 设为 Potential | 势模拟 |
| 生成厚度 / 欠焦序列 | 在 HRTEM options 中配置 Single / Serial 和图像条件 | HRTEM 模拟 |
| 使用带 TDS 的 HAADF-STEM | 将原子温度因子设为非零值，并使用 LAADF / HAADF 探测器 | STEM 计算 |
基本工作流程¶
- 在主窗口中选择晶体和取向，然后打开此模拟器。
- 在 Image mode 中选择 HRTEM、STEM 或 Potential。
- 在 Optical property 中设置加速电压、欠焦、像差、光阑以及 STEM 会聚设置。
- 在 Simulation property 中设置厚度、图像尺寸、分辨率、布洛赫波数量和部分相干模型。
- 点击 Simulate，然后在 Display settings 中调整亮度、归一化、比例尺和标签。
图像区域¶
窗口左半部分显示模拟图像。顶部的状态栏报告光标位置 (X:、Y:) 以及光标下的图像 Value:（强度），旁边是一个 Low → High 强度刻度，反映当前的颜色映射和亮度范围。
文件菜单¶
帮助菜单¶
Image mode / Sample¶
HRTEM、Potential 或 STEM。
设置样品厚度。
Optical property¶
TEM conditions¶
加速电压、欠焦（显示 Scherzer 值）。
Acc. voltage¶
电子显微镜的加速电压。更改此值会更新经相对论修正的波长（显示在字段旁边），并与 Cs 一起更新下方显示的建议 Scherzer defocus 值。
Defocus¶
物镜的欠焦值。Scherzer 欠焦（在弱相位物体近似下使相位衬度传递最大化的值）显示在下方作为参考。
Inherent property (HRTEM optical aberrations)¶
镜筒特有的像差参数，由透镜函数计算使用。
- Cs — 球差系数。
- Cc — 色差系数。
- β — 照明半角（有限光源效应）。
- ΔE — 电子能量涨落的 1/e 宽度。
Lens function¶
透镜函数的图。调整 u 的上限会改变绘图范围。
- sin[χ(u)] — 相位衬度传递函数 (PCTF)。
- E_s(u) — 空间相干包络函数。
- E_c(u) — 时间相干包络函数。
Objective aperture (HRTEM option)¶
Cs、Cc、beta、delta-E、PCTF、空间/时间相干包络、物镜光阑。
Size¶
物镜光阑尺寸，单位 mrad。勾选 Open aperture 可移除光阑。纳入布洛赫波计算的衍射斑点数量取决于光阑；其上限由 Simulation property 中的 Max Bloch waves 值限定。
Shift¶
光阑的水平位移，单位 mrad — 用于模拟 HRTEM 中偏移的物镜光阑。
Spot info¶
打开穿过光阑的反射的详细斑点列表（强度、复振幅等）。当同时打开衍射模拟器进行比较时很方便。
STEM options (optical)¶
Convergence semi-angle¶
会聚探针的半角 (mrad)。控制 STEM 探针的尺寸和模拟图像的空间分辨率。
Detector geometry¶
环形探测器的内/外收集角 (mrad)。可在 BF（小内角）、ABF、LAADF、HAADF（大内角）之间选择。
Scan area / step¶
STEM 图像的扫描视场和像素尺寸。
Simulation property¶
HRTEM options¶
Max Bloch waves、图像像素/分辨率、部分相干 (quasi-coherent / TCC)、Single/Serial 模式。
Max Bloch waves¶
动力学计算中使用的布洛赫波最大数量。增大此值可提高精度，但代价是 O(N³) 的本征值求解时间。
Image property (pixels & resolution)¶
模拟图像的像素尺寸和采样分辨率。更高的分辨率会产生更精细的条纹图样，但每层切片的 FFT 时间会成比例地变长。
Partial-coherent model¶
在合并所有入射束方向的贡献时如何处理波的干涉。
- Quasi-coherent — 快速的近似模型，将相位衬度传递函数乘以空间相干包络和时间相干包络。
- Transmission cross coefficient (TCC) — 更精确的模型，对完整的透射交叉系数进行积分。较慢，但在线性成像区域内是精确的。
Single / Serial mode¶
- Single image — 在 Sample property 中设置的厚度和 Optical property 中设置的欠焦下模拟单张图像。
- Serial image — 根据各自的 Start / Step / Num 生成一个厚度 × 欠焦矩阵。便于寻找与实验图像最匹配的条件。
STEM options (simulation)¶
- Bloch wave count — 与 HRTEM 中的作用相同，按每个探针位置应用。
- Angular resolution — 探针方向积分中的采样点数量。
- TDS treatment — 是否通过温度因子 B 纳入热漫散射。LAADF/HAADF 需要此项。
Potential options¶
当 Image mode = Potential 时显示。
- Target potential — 选择 U_g（弹性）或 U′_g（吸收 / TDS）。
- Display method — Magnitude and phase 或 Real and imaginary part。
Image properties¶
Diffracted waves¶
Simulate¶
Display settings¶
Adjust¶
最小/最大亮度、颜色刻度、高斯模糊。
Normalization¶
Display¶
标签（厚度/欠焦）、比例尺、晶胞叠加。
STEM image¶
STEM 模拟¶
计算取决于：会聚角、布洛赫波数量、角分辨率。
| 探测器 | 贡献 |
|---|---|
| BF, ABF | 弹性 |
| LAADF, HAADF | 非弹性 (TDS) |
对于 TDS，请将温度因子设为非零值（如不确定可用 B = 0.5 Ų）。HAADF 强度 \(\propto Z^2\)。
更详细的报告以 PDF 形式提供：Dr. Probe GUI (v1.10) 与 ReciPro (v4.854) 的 STEM 模拟比较。详情请参阅 STEM 模拟。