专栏名称: 元素和同位素地球化学

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《科学》杂志：电子显微镜实现亚埃分辨率，这一进展将对材料科学研究产生深远影响！

元素和同位素地球化学 · 公众号 · 科技投资科技自媒体 · 2025-01-04 18:50

主要观点总结

来自美国伊利诺伊大学香槟分校和阿贡国家实验室的科学家团队在不使用复杂且成本高昂的像差校正技术的情况下，通过使用未校正的扫描透射电子显微镜（STEM），实现了亚埃级分辨率。这项突破性的研究对材料科学领域将产生深远影响，可降低高精度显微成像的成本门槛，促进相关领域的创新和发展。

关键观点总结

关键观点1: 重大研究成果发布

一项在显微镜分辨率领域取得重大突破的研究成果被发布在权威科学期刊《Science》上。

关键观点2: 实现了亚埃空间分辨率

科学家团队通过使用未校正的扫描透射电子显微镜（STEM），实现了0.44埃的亚埃空间分辨率，这是一项前所未有的成就。

关键观点3: 研究方法和应用

新的成像方法利用了电子相干衍射成像，并考虑到了探针的部分相干性和大动量散射电子的数据收集，从而优化了图像质量。该研究不仅适用于实验室研究，还能在商业普及型显微镜中得到应用。

关键观点4: 对材料科学领域的深远影响

这项突破性的研究对材料科学领域将产生深远影响，尤其是在需要精确观察和分析微观结构特性的领域，如纳米技术和生物医学等。

正文

近日，一项在显微镜分辨率领域取得重大突破的研究成果被发布在权威科学期刊《Science》上。来自美国伊利诺伊大学香槟分校和阿贡国家实验室的科学家团队，通过使用未校正的扫描透射电子显微镜（STEM），实现了0.44埃（1埃=0.1纳米）的亚埃空间分辨率，这是一项前所未有的成就。

图1. 未校正和畸变校正的STEMs中扭曲双层WSe₂的ADF-STEM

长期以来，亚埃级分辨率仅能在配备有昂贵像差校正器的电子显微镜中实现，这类工具对于理解物质的原子结构和性质至关重要。然而，新的研究表明，在不依赖复杂且成本高昂的像差校正技术的情况下，依然可以获得极高的分辨率。这项技术不仅适用于实验室级别的研究，还能在商业普及型显微镜中得到应用，使得更广泛的科研群体能够接触到先进的成像能力。

图2. 未校正显微镜下扭曲双层WSe₂

研究人员通过对二硒化钨转角双层材料进行实验，展示了这种新型成像方法的有效性。该方法利用了电子相干衍射成像，并考虑到了探针的部分相干性和大动量散射电子的数据收集，从而优化了图像质量。此外，研究还表明几何像差可以为剂量有效的电子成像创造优化的结构光束，进一步提升了图像解析度。

图3. 亚埃分辨率的电子相干衍射模拟

这一进展将对材料科学研究产生深远影响，尤其是对于那些需要精确观察和分析微观结构特性的领域来说，如纳米技术和生物医学等。未来，随着这项技术的发展，预计会有更多关于物质微观世界的奥秘被揭开，同时也会降低高精度显微成像的成本门槛，促进相关领域的创新和发展。

图4. 利用像差技术优化电子相干衍射探针

【来源】：2025年1月1日，译自Science，标题：“Achieving sub-0.5-angstrom-resolution ptychography in an uncorrected electron microscope”。