Z 對比成像（Z-contrast imaging）

Z 對比成像回答了一個一般晶格影像回答不了的問題：不只是原子柱在哪裡，而是每一根柱由哪種化學元素構成。這個「Z」是原子序——原子核裡的質子數——在 Z 對比影像中亮度跟著這個數字走，所以重元素發亮、輕元素黯淡。它在掃描穿透式電子顯微鏡中進行，用環形的高角度環形暗場（HAADF）偵測器，只收集細探針停在每根柱上時被散射到大角度的電子。

為什麼高角度散射能如此乾淨地攜帶化學資訊？被拋到大角度的電子是在原子核附近、以近乎盧瑟福的方式散射的，而這種散射的強度隨核電荷急劇上升——大約隨 Z^2（實務上介於 Z^1.7 與 Z^2 之間）。所以譬如一根鍶柱（Z = 38）散射進偵測器的電子遠多於一根鈦柱（Z = 22），因而明顯較亮。同樣重要的是，高角度散射大致是非同調的，這代表影像不會有高解析相位對比成像那種隨焦距反轉的對比：亮就代表重，不需要模擬雜耍就知道這點。你簡直可以直接從原子解析影像上讀出化學組成。

這讓 Z 對比成為首選工具，用來找出坐落在較輕基質中的重摻雜原子、繪製界面兩側每個位置由哪種元素佔據，以及分辨化學有序的層。但有一個誠實的盲點：因為散射隨 Z 如此陡升，「輕」原子幾乎不可見。氧、氮、鋰——尤其是氫——散射太弱，在重鄰居旁根本顯不出來。要看輕原子，你就切換到互補模式如環形明場（ABF），或改用電子能量損失譜。Z 對比把重的骨架顯得極為出色，把輕原子幾乎完全略去。