电子断层扫描技术在材料科学的新进展：基于TEM与STEM

"这篇文章是关于2014年在材料科学领域中，基于透射电子显微镜（TEM）和扫描透射电子显微镜（STEM）的电子断层扫描技术（Electron Tomography, ET）的最新进展的综述。文章详细探讨了多种不同的电子断层扫描技术，并介绍了优化的倾转系列方法以及先进的重构算法，如离散迭代重构技术和压缩传感算法。" 正文： 电子断层扫描技术是一种非侵入性的三维成像方法，它在材料科学中发挥着至关重要的作用，能够提供纳米尺度的结构和成分信息。该技术的发展极大地推进了对材料微观结构的理解，尤其是在金属、半导体、纳米材料和复合材料等领域。 基于透射电子显微镜的电子断层扫描技术包括多种方法。明场断层扫描（BF-TEM tomography）利用未被样品散射的电子束来重建图像，适合观察大范围的结构；暗场断层扫描（DF-TEM tomography）则通过散射电子获取信息，对局部细节更敏感。弱束暗场断层扫描（WBDF-TEM tomography）则针对特定晶面进行成像，适用于研究晶体缺陷。环形暗场断层扫描（ADF-TEM tomography）利用近表面的散射电子，可以揭示原子级别的信息。而能量过滤断层扫描（EFTEM tomography）则是通过选择特定能量范围的电子，对材料的化学成分进行成像。 扫描透射电子显微镜的电子断层扫描技术同样多样。高角环形暗场断层扫描（HAADF-STEM tomography）由于其对原子壳层电子的高灵敏度，特别适合分析原子排列。环形暗场断层扫描（ADF-STEM tomography）与BF-TEM tomography类似，但具有更高的分辨率。非共格明场断层扫描（IBF-STEM tomography）则用于观察无序或非晶材料，而电子能量损失谱断层扫描（EELS tomography）和X射线能谱断层扫描（X-ray spectromicroscopy tomography）则提供了元素分布的三维信息。 为了提高数据采集效率和图像质量，文章还提到了优化的倾转系列方法，如双轴倾转、同轴倾转、锥形倾转和等斜率倾转。这些方法允许以不同角度获取样品的二维切片，从而构建三维模型。 在数据处理方面，离散迭代重构技术（Discrete Iterative Reconstruction Technique, DIRT）是一种常用的重构算法，通过迭代优化实现图像重建。压缩传感算法（Compressive Sensing, CS）则引入了信号处理的新理念，能够在较少的数据采样下得到高质量的三维图像，降低了实验时间和资源的需求。 这篇论文详尽地总结了当时电子断层扫描技术在材料科学中的应用，涵盖了各种成像方法、优化技术以及先进的数据处理策略，为研究人员提供了宝贵的参考，推动了材料微观结构分析的进一步发展。