電顯領域必備 ── 我私心推薦的5本實用教科書

即使在各式學習資源百花齊放的網路時代裡，教科書依然佔據著學習很大的比例。相較於零散的期刊論文，教科書最大的價值在於提供一個完整詳細的架構，一步一步引導你去理解該領域的理論框架、核心問題、主要流派發展、重大成果等。就好比新踏入一個領域的研究生常常會被推薦去讀review paper (綜述/回顧論文)，教科書的功用就是幫助你建立更全面、更系統性的知識架構。這篇文章將會介紹5本對我幫助最大的電顯教科書。

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註: 在此我將領域專家寫的「專書」統一稱為「教科書」，但嚴格來說教科書是為了教學目的而寫的，在內容編排上會為了教學目的調整編排與深度。而專書則可能非常專注於某一子領域，或是要求更多的先備知識等等。稱其為教科書主要是為了端正自己閱讀學習時的心態。

教科書該怎麼讀?

閱讀很大的一個迷思是覺得「書要從頭讀到尾才有用」，但事實上這完全沒有道理。即使從第一個字讀到最後一個字，也沒辦法保證你真的有學習到裡面的概念。不管是教科書或是其他以汲取知識為目的的閱讀，最重要的其實是「帶著問題意識去讀」。學習效率最高的時候，往往都是在你想到某個問題，然後去快速翻閱有用章節那個瞬間，因此這些教科書被放在書桌上成為偶爾才會翻閱的工具書。但是這種帶著問題去找答案的閱讀方式，可以馬上有效地滿足你的需求，只是長期來說也很難建立有系統的知識。

但若你像我一樣，想要慢慢重新整理自己的知識體系而又重新開始讀教科書，那麼上述的「帶著問題意識去讀」能否派上用場呢? 當然可以，只是你必須「在讀之前，自己設立閱讀這個章節所要解答的問題」。帶著明確問題去讀書可以確保你的注意力不會被分散，也能夠保證閱讀後能產出實質收穫。英文寫作幾乎都會在章節的首段將該章節的精要統整起來，因此請不要跳過每個章節的前言，花幾分鐘去建構你閱讀這章節所要解答的問題，並時時在閱讀過程中反問自己，是否有朝著解答問題前進。

最後，閱讀是input，寫作是output。俗話說寫作使思緒明晰、使人精確。將你學到的東西記錄下來並教給其他人，是強化學習效果的一大關鍵。將學習成果記錄下來不僅可以具體看到自己的進步，也提供材料給未來的自己快速回顧，更能夠與人交流互相增益，諸多好處就不多說了，這也是我開始寫這個部落格的其中一個原因。以下正式開始介紹!

1. 近代穿透式電子顯微鏡實務, 第二版

• 作者: 鮑忠興、劉思謙
• 出版社: 滄海
• 出版年: 2012
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這本書是我大二下開始做專題研究，正式開始學習電子顯微鏡後就擁有的第一本電顯領域教科書。當時買的甚至是紅色書皮的第一版。這本書算是非常少見的中文教材，涵蓋基本的顯微鏡結構、繞射、影像、STEM、EDS/EELS、調機流程、試片製備，數學推導的部分不多，即使有也都很簡單，絕大多數都是很直觀的定性描述與教學，整體難度偏入門，份量也不厚，很適合做大範圍複習時快速翻閱。缺點是灰階印刷。

2. Transmission Electron Microscopy--A textbook for Materials Science, 2nd edition

• 作者: David B. Williams, C. Barry Carter
• 出版社: Springer US
• 出版年: 2009
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電顯領域內的權威教科書，俗稱Williams & Carter，相關領域的研究生幾乎人手一套，一套書有4冊，分別為Basics, Diffraction, Imaging, Spectroscopy。內容包山包海，非常詳盡，涵蓋知識量足夠應付博士班資格考，也是我們的指定教材，是打好基本功的必讀之作。寫作風格很淺顯易懂，即使自修也不會有太大問題，彩圖印刷閱讀起來非常賞心悅目，各章節都有知識點總結與自我評量問題。缺點是有些章節(像是Dispersion surface)相對艱深，初學者很容易卡住。這些艱深的地方其實書內都會在前言先預警，也告訴讀者可以安心地跳過。另外對於近10年的STEM與相關技術發展較少著墨。

3. Advanced Computing in Electron Microscopy, 3rd edition

• 作者: Earl J. Kirkland
• 出版社: Springer US
• 出版年: 2020 (第二版是2010)
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開始讀PhD後才接觸到的經典好書，LBNL的Colin Ophus說他所有的電顯知識都來自這本書。跟前述兩本教科書不同，這本書是EM simulation的專書，因此重點著墨於如何去模擬各種S/TEM的影像與繞射圖譜。書雖然很薄，但是句句都是精要。書內很仔細地介紹了電顯的成像理論，也很好地對比了CTEM與STEM的的光路結構與影像差異。讀完這本書後對於影像如何形成的物理機制與數學模型(wave propagation, aberration, contrast transfer function, probe formation等)會有本質性的理解。對我來說幾乎是啟蒙之書，但因為全書著重於影像模擬，你不會學到任何實務操作技術。此書建議搭配電顯影像模擬軟體Computem一起使用，會對參數如何影響影像更有感覺。

4. Advanced Transmission Electron Microscopy--Imaging and Diffraction in Nanoscience

• 作者: Jian-Min Zuo, John Spence
• 出版社: Springer US
• 出版年: 2017
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PhD第二年購入的教科書。如書名所示，探討的是更進階更詳細的顯微鏡技術與理論背景。涵蓋大量數學推導，但同時也介紹了更細緻的顯微鏡元件、原理與技術，例如物鏡裡的電子運動軌跡、electron detector的定量描述、aberration corrector的原理與相關推導、各式繞射技術等。Jian-Min (Jim)本身是繞射領域的專家，因此在defect analysis與strain mapping等章節有很精采的介紹。當初上他的課時，我們是從散射原理中的單電子散射開始講起，之後一路推導到Kinematic/Dynamic diffraction theory, probe formation等等。書本身滿厚，推導很多所以比較難啃，是我想要深入研究相關物理細節與數學推導的首選。

5. Practical Electron Microscopy and Database, 2nd edition

• 作者: Yougui Liao
• 出版社: N/A, Web book
• 出版年: 2006
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這本Practical Electron Microscopy and Database甚至不是實體書，而是電子書，並以網站的方式呈現，更像是電顯研究者的實務筆記，閱讀體驗很像維基百科。裡面有非常多原創彩色配圖，難度中等，數學推導都有精簡化，常給我茅塞頓開的感覺。對我理解顯微鏡細部結構(透鏡與光圈的排列順序)、像差的相關數學背景、光路有很大幫助，我到現在還沒有完全遍覽這個網站，但因為讀起來沒什麼負擔，偶爾就當作逛維基百科找幾篇文章開始往內讀，常常會有意外收穫，相對瑣碎的知識點可以來這裡尋寶。缺點就是整體比較看不出系統，建議要有一定的電顯學習背景再來讀。

總結

每個人的學習歷程都不一樣，在接觸到某本書當下的知識儲量與時空狀態也會大幅影響你的閱讀體驗。但學習本身就是一層一層疊加轉化的漫長過程，現在看不懂的書或許過一陣子再回來看就會突然茅塞頓開也說不定。要點在於持之以恆，一步一腳印才能把知識逐漸內化，並以此為據去面對研究上碰到的任何問題。很多時候其實我們也不需要強迫自己強記著一大堆細節或推導，更重要的是在需要的時候可以及時找到這些知識，並用來解決問題。因此強烈建議相關領域的朋友們把這些書加入你的書架，即使沒時間從頭到尾讀完，這些書也可以讓你在面對問題時更有信心!