HRTEM / STEM Simulator¶
HRTEM/STEM 模擬器可模擬 TEM 晶格條紋影像 (HRTEM)、STEM 影像以及投影位能。點按 Simulate 即可執行計算。
鍵盤與滑鼠快速鍵¶
結果會以一個或多個影像窗格顯示。它們採用 ReciPro 的標準影像檢視導覽，且所有窗格會一起平移與縮放。
| 快速鍵 | 動作 |
|---|---|
| F1 | 開啟線上手冊的本頁 |
| CTRL+C (聚焦於影像網格時) | 將影像以中繼檔 (metafile) 複製到剪貼簿 |
| 左鍵拖曳 / 中鍵拖曳 | 平移影像 (所有窗格一起移動) |
| 滑鼠滾輪向上 / 向下 | 在游標處放大 (×2) / 縮小 (×0.5) |
| 以右鍵拖曳出方框 | 放大至所選區域 |
| 右鍵點按 / 右鍵雙擊 | 縮小 (×0.5) |
| CTRL + 以右鍵拖曳出方框 | 選取矩形區域 |
| 左鍵雙擊某窗格 | 將該窗格最大化 / 還原格線 (多窗格版面) |
| 移動滑鼠 (不按鍵) | 讀取游標處的位置 (pm) 與像素值 |
→ 請參閱 21. 鍵盤與滑鼠快速鍵，一覽每個視窗的快速鍵。
依目標的快速路徑¶
| 目標 | 從何開始 | 參考 |
|---|---|---|
| 計算單張 HRTEM 影像 | 將 Image mode 設為 HRTEM，然後在 TEM conditions 中設定加速電壓與欠焦 | HRTEM 模擬、HRTEM 成像 |
| 計算 STEM 影像 | 將 Image mode 設為 STEM，然後在 STEM options 中設定會聚角與偵測器 | STEM 模擬、STEM 計算 |
| 檢視投影位能 | 將 Image mode 設為 Potential | 位能模擬 |
| 產生厚度 / 欠焦序列 | 在 HRTEM options 中設定 Single / Serial 與影像條件 | HRTEM 模擬 |
| 搭配 TDS 使用 HAADF-STEM | 將原子溫度因子設為非零值，並使用 LAADF / HAADF 偵測器 | STEM 計算 |
基本工作流程¶
- 在主視窗中選取晶體與方位，然後開啟此模擬器。
- 在 Image mode 中選擇 HRTEM、STEM 或 Potential。
- 在 Optical property 中設定加速電壓、欠焦、像差、光闌與 STEM 會聚設定。
- 在 Simulation property 中設定厚度、影像尺寸、解析度、布洛赫波數量與部分同調模型。
- 點按 Simulate，然後在 Display settings 中調整亮度、正規化、比例尺與標籤。
影像區¶
視窗的左半部顯示模擬影像。頂端的狀態列會回報游標位置 (X:、Y:) 與游標下方的影像 Value: (強度)，旁邊還有一個反映目前色階與亮度範圍的 Low → High 強度刻度。
檔案選單¶
說明選單¶
Image mode / Sample¶
HRTEM、Potential 或 STEM。
設定試樣厚度。
Optical property¶
TEM conditions¶
加速電壓、欠焦 (顯示 Scherzer 值)。
Acc. voltage¶
電子顯微鏡的加速電壓。變更此值會更新經相對論修正的波長 (顯示於欄位旁)，並與 Cs 一起更新下方顯示的建議 Scherzer defocus 值。
Defocus¶
物鏡的欠焦值。Scherzer 欠焦 (在弱相位物體近似下使相位襯度傳遞最大化的值) 顯示於下方作為參考。
Inherent property (HRTEM optical aberrations)¶
供透鏡函式計算使用的顯微鏡專屬像差參數。
- Cs — 球面像差係數。
- Cc — 色像差係數。
- β — 照明半角 (有限光源效應)。
- ΔE — 電子能量起伏的 1/e 寬度。
Lens function¶
透鏡函式的圖。調整 u 的上限會改變繪圖範圍。
- sin[χ(u)] — 相位襯度傳遞函式 (PCTF)。
- E_s(u) — 空間同調包絡函式。
- E_c(u) — 時間同調包絡函式。
Objective aperture (HRTEM option)¶
Cs、Cc、beta、delta-E、PCTF、空間/時間同調包絡、物鏡光闌。
Size¶
物鏡光闌大小，單位 mrad。勾選 Open aperture 可移除光闌。納入布洛赫波計算的繞射點數量取決於光闌；其上限由 Simulation property 中的 Max Bloch waves 值所限制。
Shift¶
光闌的水平位移，單位 mrad — 用於模擬 HRTEM 中偏移的物鏡光闌。
Spot info¶
開啟通過光闌的反射之詳細點清單 (強度、複數振幅等)。當同時開啟繞射模擬器以便比較時相當方便。
STEM options (optical)¶
Convergence semi-angle¶
會聚探針的半角 (mrad)。控制 STEM 探針的大小與模擬影像的空間解析度。
Detector geometry¶
環形偵測器的內 / 外收集角 (mrad)。可在 BF (內角小)、ABF、LAADF、HAADF (內角大) 之間選擇。
Scan area / step¶
STEM 影像的掃描視野與像素大小。
Simulation property¶
HRTEM options¶
Max Bloch waves、影像像素/解析度、部分同調 (quasi-coherent / TCC)、Single/Serial 模式。
Max Bloch waves¶
動力學計算中所用布洛赫波的最大數量。增加此值可提升準確度，但代價是 O(N³) 的本徵值求解時間。
Image property (pixels & resolution)¶
模擬影像的像素尺寸與取樣解析度。較高的解析度可得到較細的條紋圖樣，但每個切片的 FFT 時間也會成比例增加。
Partial-coherent model¶
在合併來自所有入射束方向的貢獻時，如何處理波的干涉。
- Quasi-coherent — 快速的近似模型，將相位襯度傳遞函式乘上空間與時間同調包絡。
- Transmission cross coefficient (TCC) — 更準確的模型，對完整的穿透交叉係數進行積分。較慢，但在線性成像範圍內為精確值。
請參閱 附錄 A3.2 — HRTEM 成像。
Single / Serial mode¶
- Single image — 在 Sample property 設定的厚度與 Optical property 設定的欠焦下模擬單張影像。
- Serial image — 依各自的 Start / Step / Num 產生厚度 × 欠焦矩陣。可用於尋找與實驗影像最匹配的條件。
STEM options (simulation)¶
- Bloch wave count — 與 HRTEM 的作用相同，套用於每個探針位置。
- Angular resolution — 探針方向積分中的取樣點數。
- TDS treatment — 是否透過溫度因子 B 納入熱漫散射。使用 LAADF/HAADF 時為必要設定。
Potential options¶
當 Image mode = Potential 時顯示。
- Target potential — 選擇 U_g (彈性) 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、色階、高斯模糊。
Normalization¶
Display¶
標籤 (厚度/欠焦)、比例尺、晶胞疊加。
STEM image¶
STEM 模擬¶
計算取決於：會聚角、布洛赫波數量、角度解析度。
| 偵測器 | 貢獻 |
|---|---|
| BF, ABF | 彈性 |
| LAADF, HAADF | 非彈性 (TDS) |
為了 TDS，請將溫度因子設為非零值 (不確定時可用 B = 0.5 Ų)。HAADF 強度 \(\propto Z^2\)。
更詳細的報告以 PDF 形式提供：Dr. Probe GUI (v1.10) 與 ReciPro (v4.854) 之 STEM 模擬比較。詳情請參閱 STEM 模擬。