Streuabsorptions-kontrast
Beim Durchgang durch die superdünne Probe werden die Elektronen von den Atomkernen durch elektrostatische Kräfte abgelenkt. Diese Ablenkung wird auch als Streuung bezeichnet und ist umso größer je schwerer die Atomkerne sind, d.h. je größer deren Ordnungszahl ist, je dichter die Atome gepackt sind und je dicker die Probe ist. Diese Einflüsse werden im Begriff „Massendicke“ zusammengefasst.
Die optische Abbildung ist dadurch gekennzeichnet, dass alle Strahlen, die von einem Dingpunkt ausgehen, in einem Bildpunkt vereinigt werden. Das geschieht unabhängig vom Winkel, unter dem sie starten. Deshalb erzeugt die unterschiedliche Streuung allein noch keinen Bildkontrast. Wir müssen dafür sorgen, dass die stark gestreuten Elektronen aus dem Strahlengang entfernt werden und nicht zur Bildhelligkeit beitragen. Dies erfolgt durch eine Blende, die in der bildseitigen Brennebene des Objektivs angebracht ist. Diese Ebene wird auch als winkelselektive Ebene bezeichnet, weil sich dort alle Strahlen schneiden, die unter gleichem Winkel in die Objektivlinse einfallen, unabhängig vom Dingort, an dem sie starten. Die Blende wird als Kontrastblende bezeichnet. Der Begriff "Streuabsorptionskontrast" fasst beide Einflüsse zusammen: Streuung in der Probe und Absorption an der Blende.
Beugungskontrast
Bei kristallinen Objekten wird die Intensität der Streuung zusätzlich von der Orientierung des Kristallgitters zum Elektronenstrahl beeinflußt (Elektronenbeugung). Bereiche mit Kristallorientierungen, die die BRAGG-Bedingung erfüllen, streuen besonders stark, diese Bereiche erscheinen im elektronenmikroskopischen Bild dunkel. Der Einsatz der Kontrastblende ist der Gleiche wie beim Streuabsorptionskontrast, nur die Ursache der unterschiedlichen Elektronenstreuung im Objekt ist verschieden. Wegen der Orientierungsabhängigkeit dieses „Beugungskontrastes“ ändert sich das elektronenmikroskopische Bild bei Kippung des Objektes drastisch. Dies ermöglicht die Unterscheidung von Streuabsorptions- und Beugungskontrast. Häufig sind die Kristallgitter der Untersuchungsobjekte so verspannt, dass sich bei jeder Objektkippung einzelne Kristallbereiche in BRAGG-Lage befinden („Biegekonturen“).
Phasenkontrast
Mit sehr hohen Vergrößerungen (> 300 000) und geeigneten Kristallproben ist es möglich, im TEM Kristallgitter abzubilden. Die abgebildeten Probenbereiche haben gleiche kristallografische Orientierung, bestehen aus gleichem Material und es wird ohne Kontrastblende gearbeitet. Es handelt sich demzufolge weder um Streuabsorptions- noch um Beugungskontrast.
Beim Durchgang einer Elektronenwelle durch einen Kristall erfährt diese eine Phasenmodulation: Aus einer ebenen Wellenfront wird eine, die die Anordnung der Atome widerspiegelt. Durch geeignete Brennweitenwahl der Objektivlinse ist es möglich, verschiedene Phasenschiebungen zwischen durchgehender und gestreuter Welle zu erzeugen. Damit werden durch Interferenz der beiden Wellen in der Bildebene bestimmte Positionen der modulierten Wellenfront verstärkt, d.h. durch geeignete Fokussierung können gerade die Atompositionen oder aber auch die Lücken hell erscheinen. Wir können demzufolge i.a. nicht sagen, ob die hellen Bereiche im Bild die Orte der Atome oder die der Lücken dokumentieren. Die Abstände werden korrekt wiedergegeben.