网络研讨会：基于超快相机的4D-STEM 先进成像技术

赛默飞材料与结构分析中国

2021.7.07

作者赛默飞

TA的动态

近年来，扫描透射(Scanning Transmission Electron Microscopy, STEM)成像模式得到了快速发展，在材料科学研究中扮演着越来越重要的角色。目前，4D-STEM技术逐渐受到了研究者的关注。4D-STEM指的是在STEM模式进行二维(2D)实空间会聚电子束扫描的同时，还会在每个探针位置记录下相应的二维(2D)动量空间的数据，这些数据组共同构成了四维(4D)的数据结构。与传统 STEM 方法相比，4D-STEM 技术的最大特征在于不再使用只记录特定散射角度的常规环形（或圆形）探测器，不再区分记录 BF、ABF、ADF 、HAADF 、DPC的信号，而是将它们全部记录下来。在之后的数据处理中，4D-STEM 技术使用“虚拟”探测器来进行图像分析，即通过在会聚束衍射图案上增添虚拟探测器来采集合适的数据范围，并将相应的数据用作成像的信号，就可以得到样品更多的信息。使用4D-STEM技术，一方面不仅可以重构得到任意常规的 STEM 图像（例如BF、ABF、ADF 、HAADF 等)，另一方面，还可以通过重构得到更多的信息，例如材料的结构、晶体的取向、应力或应变分布、电场或磁场分布、iDPC图像等，甚至可以通过叠层衍射成像(Ptychography)的方法进一步提高空间分辨率。但是使用4D-STEM 技术，需要克服传统相机的诸如动态范围小，信噪比差，读取速度慢等缺点。

为解决以上问题，Thermo Scientific™ 推出了EMPAD(Electron Microscope Pixelated Array Detector)探测器。该探测器配置了 150 微米/像素的 128*128 的像素矩阵，具有单次读取 1 到 10⁶ 个初始电子的高动态范围，1100 帧/秒的高读取速率，高 DQE 及 MTF 值,在4D-STEM技术应用中具有极大优势。EMPAD现已可配置在在Thermo Scientific™ Spectra 球差矫正电镜和上，实现了图像的在线采集和显示。

核心看点

什么是4D-STEM技术？

4D-STEM技术在材料科学的应用。

主讲人简介

王鹏

教授，博士导师

长期从事功能材料结构与缺陷的微观表征和基于大数据的计算机高分辨成像学的研究工作。2012年回国到南京大学任教，组建了南大亚原子分辨电镜中心。发表论文100余篇，其中第一作者/通讯作者论文50余篇，包括1篇Nature、2篇Nature Electronics、5篇Nature Communications、1篇Physical Review Letters、3篇Advanced Materials。申请及获得多项发明专利，包括3件国际专利申请（其中一件美国专利授权），12件中国专利（其中10件授权）。H-index 为43。科技部“973”首席科学家，主持和参与国际合作项目以及其他国家和省部级项目多项，担任中国晶体学、中国电镜、江苏真空、中国材料青年和物理青年等学会理事。