內容簡介
《電子晶體學與圖像處理》是高分辨電子顯微學和圖像處理方面的專著，共分三篇，第一篇介紹了運動學和動力學衍射理論、各類電子衍射花樣、晶體對稱性的會聚束電子衍射測定、晶體結構的衍射分析方法，以及基於動力學電子衍射的晶體結構因子精確測定；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、像的理論計算以及藉助高分辨電子顯微像測定晶體結構的模型法；第三篇簡單介紹了高分辨電子顯微像的各種圖像處理方法，著重於高分辨電子顯微學的求逆，包括從顯微像求定出射波和從顯微像直接求定晶體結構。其中電子晶體學圖像處理技術及其在測定晶體結構和缺陷中的套用是第三篇的重點，亦是全書的重點。
《電子晶體學與圖像處理》可作為從事電子晶體學研究和顯微圖像處理技術方面的研究人員和高等院校師生的參考書。
作者簡介
李方華，1932年出生於香港，原籍廣東德慶。1952年由武漢大學選派留學蘇聯，1956年畢業於列寧格勒大學物理系。歷任中國科學院物理研究所研究實習員、助理研究員、副研究員，現任研究員。1993年當選中國科學院院士，1998年當選第三世界科學院院士。曾任中國電子顯微學會理事長、國際晶體學聯合會電子衍射委員會委員。現任國際材料研究中心顧問委員會委員。主要從事微小晶體的結構和缺陷研究，著重於衍射物理和高分辨電子顯微學的理論、方法和套用研究、獲學術獎勵11項，包括作為第一獲獎人的2006年國家自然科學獎二等獎、2003年歐萊雅一聯合國教科文組織世界傑出女科學家成就獎等。
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目錄
第一篇 電子衍射
第1章 運動學電子衍射理論
1.1 電子波
1.2 薛丁格方程和玻恩近似
1.3 散射波振幅
1.4 原子散射因子
1.5 無界和有界周期點陣對電子的衍射
1.5.1 點陣函式
1.5.2 無界s周期點陣對電子的衍射
1.5.3 有界s周期點陣對電子的衍射
1.6 晶體對電子的衍射和結構因子
1.7 電子衍射幾何
1.7.1 倒易點陣
1.7.2 反射球
1.7.3布拉格方程
1.8 電子衍射強度
1.8.1 嚴格滿足布拉格衍射
1.8.2 偏離布拉格衍射
第2章 動力學電子衍射理論
2.1 玻恩疊代方法
2.2布洛赫波方法
2.2.1 貝特理論
2.2.2 色散面
2.2.3 雙束近似
2.2.4 衍射波強度
2.2.5 布洛赫波的通道效應
2.3 散射矩陣理論
2.4 豪伊一惠蘭方程
2.5 物理光學方法
2.5.1 惠更斯原理和基爾霍夫公式
2.5.2 菲涅耳衍射
2.5.3 菲涅耳傳播因子
2.5.4夫琅禾費衍射
2.5.5 多片理論
第3章 電子衍射花樣
3.1 單晶體的電子衍射花樣
3.1.1 電子衍射花樣的形成和一般特徵
3.1.2 零階和高階勞厄帶
3.1.3 衍射斑形狀
3.1.4 禁阻衍射
3.1.5晶面間距測定和指標化
3.1.6 收集三維衍射數據和倒易點陣重構
3.1.7 衍射花樣對稱性和衍射群測定
3.2 多晶體電子衍射花樣
3.3 織構電子衍射花樣
3.4 菊池衍射花樣
3.4.1 菊池線的形成
3.4.2 菊池帶
3.4.3 菊池線的指標化
3.4.4 菊池衍射花樣的套用
3.5 會聚束電子衍射花樣
3.5.1 衍射花樣的形成和分類
3.5.2 零階和高階勞厄帶衍射
3.5.3 零階勞厄帶衍射中的寬條紋
3.5.4 高階勞厄帶線
第4章 晶體對稱性的會聚束電子衍射測定
4.1倒易性原理
4.2 三維對稱元素導致的會聚束電子衍射花樣對稱性
4.3 31個會聚束電子衍射群
4.4 點群測定
4.5 空間群測定
第5章 電子衍射晶體結構分析
5.1 嘗試法
5.2 帕特森方法
5.2.1 帕特森函式
5.2.2 帕特森圖
5.2.3 從帕特森圖推導晶體結構
5.3 重原子法
5.4 直接法
5.4.1 單位結構因子和歸一結構因子
5.4.2 結構因子關係的不等式
5.4.3 結構不變數和半不變數
5.4.4 塞爾等式和符號關係式
5.4.5 一般相位關係式和正切等式
5.4.6 品質因子
5.5 最大熵方法
5.5.1 資訊理論的最大熵原理
5.5.2 衍射相位的推導
5.6 溫度因子校正和結構修正
5.6.1 溫度因子校正
5.6.2 傅立葉修正
5.6.3 最小二乘修正
第6章 結構因子和電荷密度分布測定
6.1 精確測定結構因子的方法和原理
6.1.1 臨界電壓法
6.1.2 菊池線交截法(HOLZ線交截法)
6.1.3 等厚條紋法
6.1.4 擺動曲線法
6.2 會聚束電子衍射技術的套用
6.2.1 用會聚束電子衍射實現不同方法
6.2.2 溫度感生臨界電壓效應
6.2.3 陰影像會聚束電子衍射技術
6.2.4 定量會聚束電子衍射技術的最佳化算法
6.3 不同方法的比較
6.4 電荷密度分布測定舉例
6.4.1 Ni3Al合金
6.4.2 TiAl合金
第二篇 高分辨電子顯微學
第7章 成像原理
7.1 相位襯度電子顯微像
7.1.1 電子顯微像
7.1.2 點陣像和結構像
7.2 電子與物體的相互作用
7.2.1 出射波與透射函式
7.2.2 相位物體
7.2.3 弱相位物體
7.2.4 物體的多片模型
7.2.5 贗弱相位物體
……
第8章 像的襯度和模擬像
第9章 模型法測定晶體結構
第三篇 電子晶體學圖像處理
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 相位擴展與衍射強度校正
第13章 微小晶體結構測定
第14章 原子解析度晶體缺陷測定
附錄一 薛丁格方程的積分解
附錄二 傅立葉變換與卷積
附錄三 消光距離鈿（nm）（電子加速電壓為100 kV）
附錄四 消光規律與點陣類型及微觀對稱元素的關係
附錄五 平面群
附錄六 230個空間群的GM線規律表
附錄七 無公度調製結構
索引
前言
電子衍射為和X射線相併立的晶體結構分析之實驗手段，兩者互相補充，進而發展了根據衍射花樣來確定晶體結構的多種方法，從而測定了大量材料的晶體結構，為固體物理學和材料科學的發展奠定了基礎。電子顯微術則是光學顯微術的進一步發展，利用了高電壓下電子德布羅意波波長較短的特徵，從而使顯微術的分辨本領得到大幅度的提高，從亞微米的量級推進到亞納米的量級，利用當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解析度的結構像。從表面看來，作為結構分析的實驗手段，電子衍射與高分辨顯微術所走的道路大相逕庭。前者探測倒易空間中的衍射花樣，而後者則探測實空間中的顯微像。但是，被觀測物體的衍射花樣和其顯微像之間存在有根本性的內在聯繫。早在19世紀，阿貝（E.Abbe）在發展光學顯微術之際，就提出了顯微成像的衍射理論，將這一聯繫闡述得非常清楚。被觀測的物體（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。事實上，這相當於對原物體進行了兩次傅立葉變換，其一為將物體轉換成衍射譜，其二為逆傅立葉變換使衍射譜重構成顯微像.值得注意，由於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解析度均受到限制。另一方面，若對光柵直接記錄其衍射譜，則由於衍射振幅中相位信息的丟失，造成了結構分析的甘苦。幸好由於結構分析直接法的問世，使得衍射振幅的相位重建有規可循，大大地推進了結構分析技巧的發展。
當代高分辨電子顯微鏡既可以提供被觀測晶片的兩維顯微像。又可以提供該晶體的衍射花樣。但是傳統的做法是將兩者割裂開來進行的：有些科學家致力於利用電子衍射來進行晶體結構分析；而另一些科學家則致力於從顯微像的襯度分布來提取結構像。
