Single-defect phonons imaged by electron microscopy
abstract
缺陷通过散射和修改声子谱来影响热传输。 TODO: 声子的散射是指什么？ 这个作用过程理论研究已经很多了，但实验上难以做到足够高的空间分辨率。 TODO: 理论研究有哪些文献？ 我们这里做到了，通过 TEM 获得足够高的空间分辨率和角分辨率的缺陷附近的声子谱。 发现一个 3C 中的 SF 附近有声学声子有几个毫电子伏特的红移并且密度改变，并且局限在几纳米的层内。 这个工作的意义是可以使用 TEM 直接观测缺陷附近的声子谱。
第一段
有一些实验研究缺陷与声子相互作用的方法，包括 time-domain thermoreflectance (TDTR) ，3 omega 方法，和 transient grating 显微镜。 TODO: WTF？ 理论研究热输运时，常常使用玻尔兹曼输运方程，并将缺陷作为微扰（考虑缺陷的质量和弹性常数）。 TODO: 玻尔兹曼输运方程是什么？ 也有 DFT 结合实空间格林函数的方法来计算热输运。 TODO: 看看是怎么做的。 大多理论计算都没有考虑缺陷对声子谱的影响（尤其是对面缺陷的研究），而只考虑了缺陷的镜面反射。 尽管有这样的缺陷，大多理论都预测了局域模式，并使用准声子模型来描述缺陷与声子的相互作用。 TODO: 什么是准声子模型？
第二段
拉曼和红外、以及非弹性 X 光散射的空间分辨率太差。 TODO: 非弹性 X 光散射的原理是什么？ 利用 STM 的非弹性电子隧穿光谱空间分辨率足够高，但只能研究导体的前面几层原子。 TODO: WTF？
第三段
利用单色电子能量损失谱（EELS）和矫正的（aberration-corrected）STEM 可以将光谱分辨率降低到 <10 meV，同时可以得到高空间分辨率的振动信息。 利用角分辨（angle-resolved）EELS 可以得到不同支的声子信息，同时大角度的散射结果中，由局域缺陷造成的散射观测起来更明显。 TODO: WTF？
第四段
我们首先通过具有大 convergence angle 的电子探针获得了高空间分辨率的局域声子态密度，并获得了大动量范围的 EEL 谱。 TODO: WTF？ 这个方法的缺点是包含了各个分支的声子，无法与光学方法或 INS 得到的声子谱直接对比。 TODO: WTF？ 我们接下来以略微下降空间分辨率为代价增强了角分辨率，它可以区分 LO 与 TO 以及 SF 导致的对称性破缺，不需要与声子的极性相互作用（去除极性信号）。 TODO: 什么叫做“不需要与声子的极性相互作用”？
第五段
半会聚角（convergence semi-angle）是 EELS 实验中的一个重要参数，它决定了实验结果的能量、空间、动量分辨率。 拍摄原子图像时，半会聚角设置为 33 mrad，得到的分辨率是 0.14 nm。 TODO: 原理是什么？ 为了区分单层原子，半会聚角需要大于 22 mrad；为了区分 X 和 Gamma 的声子，半会聚角需要小于 5.5 mrad。 TODO: 为什么？ 因此我们把两个方法结合起来使用。
第六段
EELS 被认为是会与所有的声子都相互作用的（只要半会聚角足够大）。 TODO: 为什么？
第七段
在 aloof 模式下测得的 EELS 只发生极少的动量交换（Gamma 点），它与原本的表面声子能量有差别，但与考虑样品厚度和表面形貌后的一致。 TODO: aloof 是啥玩意儿？ TODO: 表面声子是如何计算的？如何考虑的样品厚度和表面形貌？ aloof 下观测到 LO 声子展宽和红移，而对声学支声子没有信号。 TODO: 为什么？
观测到 TA 模式对应的峰在 SF 中更强，与计算结果一致。 TODO: 一致吗？我怎么看不出来？
第八段
参考文献 44 认为，声学支声子受缺陷影响大，而光学支声子受厚度影响更大。 TODO: 看看这个文献。
第九段
TODO: ADF（annular dark-field）STEM 中，ADF 是什么？ 之所以研究 X 点的声学支声子，是因为它们在这一点达到了最高频率，同时出现了 van Hove singularity，确保了足够强的可区分的 EELS 信号。 TODO: van Hove singularity 是什么？ 在 Gamma 点的 aloof 光谱上有明显的极性模式，但在 X 点的 aloof 光谱上没有。 TODO: 为什么？
第十段
可以看到，缺陷抑制了 LA 模式，增强了 TA 模式，同时对 LO 模式没有影响。 同时 TA 模式有能量的偏移（大约3.8 meV）。
第十一段
在 3C 中插入两层 2H 可以得到 SF 的模型，计算结果与实验一致。
第十二段
直接对比了 3C 和 2H 的声子谱，结论是在 Delta 附近有一个宽谱。 TODO: 3C 和 2H 的倒空间如何对应？
第十三段
声子的范围相对于缺陷会有展宽，半高宽大约可以达到 6.8 nm。 这个效应可以用实空间的格林函数来计算。
第十四段
如果进一步增强信号，可能可以用来研究点缺陷。
Method
Experimental details
在 Si 001 衬底上生长了 3C-SiC，然后物理磨薄并抛光，然后离子束刻蚀。 STEM 模拟图像使用 QSTEM 得到。 电流大小控制为 120 pA. EELS 每秒获得一张光谱，最终结果由 100-200 个光谱叠加得到。
DFT simulation
用每个声子模式对应的价带电荷变化来估计 EELS 的信号强度。
Spatial resolution
这里讲了空间分辨率具体是如何计算出来的。 考虑了散射限制的空间分辨率+电流（较大）得到源的尺寸，再加上电子的波长，得到一个数值。
Momentum resolution
这里引用了一篇文献来说明动量分辨率的估计方法。
Energy resolution
TODO: 完全没看懂。