中国研究团队在电子显微学方法研究中取得突破

xiaoyong 12月 02, 2022 5.84k 浏览 0

近期，清华大学材料学院于荣教授课题组提出并实现的“自适应传播因子叠层成像方法”获得中国发明专利授权和软件著作权。该方法解决了原子分辨成像中的晶带轴偏离问题，清除了高分辨成像和高精度测量在实验方面的主要障碍。

始于上世纪90年代末期的像差校正电镜开启了定量电子显微学时代。其亚埃分辨能力显著提高了图像的信噪比，使人们能够对材料中的原子位置进行定量分析，测量精度达到5皮米。然而，实现这些性能要求入射电子束与晶带轴近乎严格平行，毫弧度量级的偏离便足以破坏图像质量，引入假象，降低测量精度。如图1所示，在常见的高分辨成像技术中，ABF技术和iDPC技术受晶带轴偏离的影响很大；HAADF技术虽然受晶带轴偏离的影响较小，但难以对轻原子成像。

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图1. 高分辨成像技术对比。样品为SrTiO_3。自上而下晶带轴偏转为0, 4, 8, 12 mrad。HAADF：高角环形暗场像；ABF：环形明场像；iDPC：积分差分相位衬度；FPP：固定传播因子叠层成像；APP：自适应传播因子叠层成像（新方法）

叠层成像是一种结合扫描透射电镜和相干衍射成像的计算成像方法，能够大幅提高像差校正电镜的空间分辨率，进入深亚埃分辨。但是，现有的叠层成像方法（FPP）对晶带轴偏离非常敏感，需要苛刻的实验条件。于荣课题组针对这一难题，提出并实现了“自适应传播因子叠层成像”方法（APP），成功地消除了晶带轴偏离对空间分辨率和测量精度的影响。结果表明，即使存在明显的晶带轴偏离，仍能实现深亚埃分辨成像（图2）和皮米测量精度（图3）。自适应传播因子叠层成像方法为深亚埃分辨成像和皮米精度测量在材料科学中的广泛应用铺平了道路。

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图2.叠层成像重构效果对比。FPP为现有的叠层成像方法，APP为新的自适应传播因子叠层成像方法

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图3. 不同高分辨成像技术的原子位置测量准确度和精度。HAADF为高角环形暗场像方法，FPP为现有的叠层成像方法，APP为新的自适应传播因子叠层成像方法。理论值为零

该实验验证工作以“基于取向校正电子叠层成像方法的深亚埃分辨成像”（Deep sub-angstrom resolution imaging by electron ptychography with misorientation correction）为题发表在学术期刊《科学·进展》（Science Advances）上。

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