清華新聞網(wǎng)12月2日電 近期，清華大學(xué)材料學(xué)院于榮教授課題組提出并實(shí)現(xiàn)的“自適應(yīng)傳播因子疊層成像方法”獲得中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)和軟件著作權(quán)。該方法解決了原子分辨成像中的晶帶軸偏離問(wèn)題，清除了高分辨成像和高精度測(cè)量在實(shí)驗(yàn)方面的主要障礙。
始于上世紀(jì)90年代末期的像差校正電鏡開(kāi)啟了定量電子顯微學(xué)時(shí)代。其亞埃分辨能力顯著提高了圖像的信噪比，使人們能夠?qū)Σ牧现械脑游恢眠M(jìn)行定量分析，測(cè)量精度達(dá)到5皮米。然而，實(shí)現(xiàn)這些性能要求入射電子束與晶帶軸近乎嚴(yán)格平行，毫弧度量級(jí)的偏離便足以破壞圖像質(zhì)量，引入假象，降低測(cè)量精度。如圖1所示，在常見(jiàn)的高分辨成像技術(shù)中，ABF技術(shù)和iDPC技術(shù)受晶帶軸偏離的影響很大；HAADF技術(shù)雖然受晶帶軸偏離的影響較小，但難以對(duì)輕原子成像。
圖1. 高分辨成像技術(shù)對(duì)比。樣品為SrTiO3。自上而下晶帶軸偏轉(zhuǎn)為0, 4, 8, 12 mrad。HAADF：高角環(huán)形暗場(chǎng)像；ABF：環(huán)形明場(chǎng)像；iDPC：積分差分相位襯度；FPP：固定傳播因子疊層成像；APP：自適應(yīng)傳播因子疊層成像（新方法）
疊層成像是一種結(jié)合掃描透射電鏡和相干衍射成像的計(jì)算成像方法，能夠大幅提高像差校正電鏡的空間分辨率，進(jìn)入深亞埃分辨。但是，現(xiàn)有的疊層成像方法（FPP）對(duì)晶帶軸偏離非常敏感，需要苛刻的實(shí)驗(yàn)條件。于榮課題組針對(duì)這一難題，提出并實(shí)現(xiàn)了“自適應(yīng)傳播因子疊層成像”方法（APP），成功地消除了晶帶軸偏離對(duì)空間分辨率和測(cè)量精度的影響。結(jié)果表明，即使存在明顯的晶帶軸偏離，仍能實(shí)現(xiàn)深亞埃分辨成像（圖2）和皮米測(cè)量精度（圖3）。自適應(yīng)傳播因子疊層成像方法為深亞埃分辨成像和皮米精度測(cè)量在材料科學(xué)中的廣泛應(yīng)用鋪平了道路。
圖2.疊層成像重構(gòu)效果對(duì)比。FPP為現(xiàn)有的疊層成像方法，APP為新的自適應(yīng)傳播因子疊層成像方法
圖3. 不同高分辨成像技術(shù)的原子位置測(cè)量準(zhǔn)確度和精度。HAADF為高角環(huán)形暗場(chǎng)像方法，F(xiàn)PP為現(xiàn)有的疊層成像方法，APP為新的自適應(yīng)傳播因子疊層成像方法。理論值為零
該方法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作以“基于取向校正電子疊層成像方法的深亞埃分辨成像”（Deep sub-angstrom resolution imaging by electron ptychography with misorientation correction）為題發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·進(jìn)展》（Science Advances）上。
清華大學(xué)材料學(xué)院2018級(jí)博士生沙浩治和2019級(jí)博士生崔吉哲為共同第一作者，于榮教授為通訊作者。材料學(xué)院程志英高級(jí)工程師和陳震副研究員在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集方面提供了重要幫助。該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn2275
供稿：材料學(xué)院
題圖設(shè)計(jì)：李娜
編輯：李華山
審核：郭玲
