斯托布斯因子 ⇐ 文章草稿

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术语“斯托布斯因子”（英语：“Stobbs Factor”）是指高分辨率透射电子显微镜|高分辨率透射电子显微镜 (HRTEM) 中的一种现象，十多年来一直被误解。在英语中，这种现象也称为斯托布斯因子问题、对比度不匹配问题或三因子问题。反映在透射电镜记录的图像对比度仅是理论计算预期的一小部分。

==定义和问题==

斯托布斯因子问题表现为以下事实：实验图像对比度始终小于基于量子机械电子光学图像模拟预期的图像对比度。 Martin J. Hÿtch 和 W. Michael Stobbs 于 1994 年首次发表了实验与理论图像对比度之间的差异，并由此命名了该效应。 J. Hÿtch, W. M. Stobbs：“高分辨率 TEM 图像与图像模拟的定量比较。”见：“Ultramicroscopy”“53”，191 (1994)。

斯托布斯因子 s > 1 意味着实验观察到的图像对比度 C_{\text{exp 比理论预期对比度 C_{\text{sim) 低 1/s 倍。由于需要一个因子 s > 1 ，因此后来有人说模拟和实验只能在相对基础上进行比较。只有消除这个因素，或者发现 s = 1 ，才可能进行绝对比较。然而，这并没有奏效。

值得注意的是，经常可以在图像内容中找到可接受的匹配，但在细节清晰度（通过对比度值表示）方面却没有很好的匹配。一般来说，实验测量的对比度只是理论预期值的一小部分。这种效应的强度在很大程度上与所检查的样品和所使用的电子显微镜无关，并且通常以 s \approx 3 的斯托布斯因子给出。由于这种巨大差异的原因长期以来仍不清楚，因此人们对模拟所用理论基础的有效性和完整性一再提出质疑。

==寻找原因（1994-2008）==
1994 年至 2008 年间，许多专业出版物记录了理论图像对比度和实验图像对比度之间的差异，并深入探讨了可能的解释。国际上对原因的研究主要集中在样品内电子散射的理论描述上。然而，所讨论的任何散射机制都无法单独或组合地确定为造成巨大差异的原因。

C. B. Boothroyd：“为什么高分辨率模拟和图像不匹配？”。见：“显微镜杂志”“190”，99（1998）。


C. B. Boothroyd：“无定形碳高分辨率电子显微镜图像的量化”。见：“超声波检查”“83”，159 (2000)。

C. B. Boothroyd、M.Yeadon：“声子对高分辨率电子显微镜图像的贡献”。见：“超声显微镜”“96”，361 (2003)。

A. Howie：“寻找斯托布斯因素”。见：“超声显微镜”“98”，73（2004）。

C. B. Boothroyd、R. E. Dunin-Borkowski：“声子散射对离轴电子全息术测量的高分辨率图像的贡献”。见：“超声显微镜”“98”，115 (2004)。

Wenbang Qu、Chris Boothroyd、Alfred Huan：“透射电子显微镜图像中图像强度的定量测量”。见：“应用表面科学”“252”，3984 (2006)。

K. Du、K. von Hochmeister、F. Phillipp：“实验和模拟高分辨率透射电子显微照片之间图像对比度和图案的定量比较”。见：“超声波检查”“107”，281 (2007)。

==现象的澄清（2008/2009）==

2000 年代末，发表了一种与上述分散理论解释方法根本不同的解释。 2008 年，Andreas Sucht 在一篇会议论文中提出了这样的观点：观察到的实验和模拟图像对比度之间的差异主要不是由于样品内电子散射过程建模不充分，而是下游检测和成像系统的特性造成的。A.因此：“斯托布斯因素：寻找幽灵？”见：Proc。第 14 届欧洲显微镜大会 (EMC 2008)，亚琛，卷。 1, 163–164 (2008)。
他于 2009 年在《物理评论快报》上发表了对此解释的详细介绍。A.因此：“绝对对比度的高分辨率透射电子显微镜。”在：物理学中。莱特牧师。 102, 220801 (2009)。
在 Hÿtch 和 Stobbs 1994 年的同名作品中，使用模拟胶片来记录图像，其频率相关的传输特性并未包含在模拟中。 在后来的研究中，使用了与闪烁体耦合的数字 CCD 相机。尚未建立对这些系统的 MTF 的可靠实验测定，并且在方法上也非常要求，这就是为什么有效对比度传递经常被高估的原因。因此，模拟所基于的传输特性明显过于乐观，因此计算出的图像对比度高于实际条件下可实现的图像对比度。

通过使用为此目的新开发的阴影投射方法对实际探测器调制传递函数 |MTF 进行精确的实验确定，以及在数值图像模拟中对该 MTF 的一致考虑，Thust 能够证明模拟图像对比度与实验图像对比度之间具有非常好的一致性。 2009 年之后，专业文献中几乎没有讨论斯托布斯因子，这表明至少可以评估问题的广泛澄清。

==对现代电子显微镜的意义==
这种存在了近 15 年的差异的澄清对相干高分辨率透射电子显微镜的进一步发展产生了多种影响：

* 直接的结果是，已建立的电子散射模型得到了结果的支持，随后几乎没有理由从根本上怀疑它们。

* 由于斯托布斯因子时代的经验，特别关注高分辨率电子显微镜中调制传递函数|MTF的确定。通过适当的努力测量所用相机的 MTF 并将其包含在图像模拟中已成为标准。
* 从此，图像对比度不再只能在相对基础上进行比较，还可以在绝对基础上进行比较。这对建立相干高分辨率电子显微镜作为定量测量方法做出了重要贡献。除其他外，高精度绝对对比度比较开辟了以原子精度三维确定晶体结构的可能性。C. L. Jia、S. B. Mi、J. Barthel、D. W. Wang、R. E. Dunin-Borkowski、K. W. Urban、A. Sucht：“通过单个图像以原子分辨率确定纳米级晶体的 3D 形状。”见：“自然材料”。13，2014 年，第 1044-1049 页。
* 斯托布斯因子时代的另一个后果是，人们认识到，对于当时常见的 CCD 传感器，大约三分之二的理想图像对比度并未得到利用。 这一见解显着加速了从根本上改进的探测器技术的开发和使用：现代探测器可以在没有闪烁体的情况下直接记录电子，因此具有显着改进的 MTF，因此不再发生此处讨论的对比度损失。




类别：电子显微镜