A symmetry-derived mechanism for atomic resolution imaging
我们介绍了一种新的扫描透射电子显微镜（STEM）的图像对比度机制，来自局部对称性内的标本。对于样品上的电子探针的给定位置，图像强度由出射电子强度分布和应用于该分布的所选对称操作之间的相似程度来确定。对比机制检测轻和重的原子柱，是强大的样品厚度，电子探针能量和散焦方面。原子柱表现为尖锐的峰，其可以比使用常规圆盘和环形检测器的STEM图像明显更窄。这种根本不同的对比机制补充了传统的成像模式，并可以与它们同时采集，扩展了STEM用于材料表征的能力。
2020-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Sub-angstrom Non-invasive Imaging of Atomic Arrangement in 2D Hybrid Perovskites
二维（2D）Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿（RPP）中的原子排列的非侵入性成像以及理解相关效应是具有挑战性的，这是由于有机层的绝缘性质和柔软性，这也掩盖了底层的无机晶格。在这里，我们展示了一个亚埃分辨率成像的软有机层和无机框架在一个原型的2D铅卤化物RPP晶体通过结合尖端功能化扫描隧道显微镜（STM）和非接触式原子力显微镜（ncAFM）的理论模拟证实。STM测量揭示了原子重建的无机铅卤化物晶格和整体双晶域组成的RPP晶体，而ncAFM测量与CO-尖端使非微扰可视化的合作重新排序的表面有机阳离子驱动的氢键相互作用与无机晶格。此外，这样的联合技术还允许的双畴壁的静电势变化的原子尺度成像，揭示交替准一维（1D）的电子和空穴通道在相邻的双边界，这可能会影响面内激子输运和解离。
2021-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Atomic resolution imaging of the strength and 3D direction of atomic displacements in functional oxide thin films
University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心有限公司）；University of Cambridge（剑桥大学）；DEMCON high tech systems Eindhoven BV（埃因霍温DEMCON高科技系统有限公司）；Diamond Light Source Ltd.（钻石光源有限公司）；University of Oxford（牛津大学）
本文利用4DSTEM方法在(111) LSAT衬底上的La2CoMnO6薄膜中实现了对La位移方向和幅度的原子分辨率成像，揭示了界面附近位移被抑制且调制优先位于界面平面内，为原子分辨率晶体学开辟了新途径。
2025-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Quantum-mechanical treatment of atomic resolution differential phase contrast imaging of magnetic materials
利用泡利方程为基础的多层方法，介绍了物理。116，127203（2016）中，我们研究了具有面内磁化的硬磁体FePt的示例上的原子分辨率微分相衬（DPC）成像。扫描透射电子显微镜（STEM）实验中的模拟质心图案携带关于电场和磁场两者的信息。动量传递保持无旋，这对解释集成DPC技术具有影响。将提取的图案的磁分量与通过密度泛函理论计算获得的预期投影微观磁场进行比较。对于低样品厚度和合适的收集角度范围，获得了定性的一致性。
2019-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Influence of resonant tunneling on the imaging of atomic defects on InAs(110) surfaces by low-temperature scanning tunneling microscopy
我们用低温扫描隧道显微镜（STM）研究了重掺杂半导体杂质半导体InAs晶体的表面。晶体沿（110）面原位裂开。除了原子级平坦的区域，我们还观察到两种主要类型的原子级缺陷，可以确定为S掺杂剂原子和作为空位，分别。的STM图像的杂质的强偏压依赖性可以解释在共振隧穿通过本地化的状态是存在于附近的杂质。
1999-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Resolution Imaging of CrBr$_{3}$ using Adhesion-Enhanced Grids
针对横向小尺寸二维晶体洁净悬浮样品制备难的问题，提出将二维堆叠体干法转印到粘附增强栅格的可规模化方案，实现100%良率的自支撑样品制备，并完成气敏磁性材料CrBr₃的缺陷原子分辨率成像。
2020-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Local spectroscopy and atomic imaging of tunneling current, forces and dissipation on graphite
理论预测，扫描隧道显微镜（STM）中的电流和原子力显微镜（AFM）中测量的吸引力直接相关。因此，在有吸引力的AFM模式下获得的原子图像应该是冗余的，因为它们应该是STM的\emph{similar}。在这里，我们表明，虽然电流和力的距离依赖性是类似的石墨，恒定高度的AFM和STM图像的差异很大程度上取决于距离和偏置电压。我们在石墨（0001）表面的高对称性晶格位置处执行隧道电流、频率偏移和阻尼信号的光谱。耗散信号对距离的敏感度大约是频率偏移的两倍，这可以用原子摩擦的普朗特-汤姆林森模型来解释。
2005-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Imaging Atomic-Level Random Walk of a Point Defect in Graphene
偏离晶体中完美的原子排列在影响其性能方面起着重要作用。类似地，这种偏差的扩散是固体中许多微观结构变化的原因。然而，点缺陷扩散的观察受到阻碍的困难直接成像的非周期性结构和扩散过程中所涉及的时间尺度。在这里，而不是成像的热扩散，我们刺激和遵循的迁移的双空位通过石墨烯晶格使用扫描透射电子显微镜在60 kV下操作。光束激活过程发生在一个时间尺度上，使我们能够捕获缺陷的结构转换和轨迹的重要部分。低电压与超高真空条件相结合，确保了缺陷在长图像序列中保持稳定，这使我们首次能够直接跟踪晶体材料中点缺陷的扩散。
2014-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Building Free Energy Functional from Atomically-Resolved Imaging: Atomic Scale Phenomena in La-doped BiFeO3
扫描透射电子显微镜（STEM）已经能够以亚微米的精度绘制固体的原子结构，为铁性现象和化学膨胀的物理学提供洞察力。然而，由于光束方向上成像的投影性质，只有一个信息子集可用。相应地，分析通常依赖于宏观朗道-金斯堡能量的假设已知形式，以及实验确定的原子坐标和序参量场之间的某种预定义关系。在这里，我们提出了一种方法来探索铁性材料的结构，使用减少序参量模型仅根据实验数据构建。本文提出了一个四亚晶格模型（FSM），用于分析描述ABO 3型（反）铁电-反铁畸变钙钛矿中A-阳离子的位移。该模型描述了阳离子A在四个相邻晶胞中的位移，并确定了ABO 3中不同结构相出现和稳定的条件。我们表明，FSM解释的菱形（R），正交（O）和空间调制（SM）相共存，观察原子分辨率STEM在La掺杂的BiFeO 3。使用这种方法，我们原子解决和理论模型的亚晶格不对称性的情况下，A-网站La/Bi阳离子亚晶格LaxBi 1-xFeO 3多晶型物固有的。这种方法允许只从实验数据中探索铁电行为，而不需要对序参量的性质进行额外的假设。
2019-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Helium-Cooled Cryogenic STEM Imaging and Ptychography for Atomic-Scale Study of Low-Temperature Phases
Imperial College London（帝国理工学院）；University of Michigan（密歇根大学）；h-Bar Instruments（h-Bar仪器公司）；University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）
本研究通过氦冷低温技术实现原子级STEM和ptychography，揭示低温相的结构基态，为量子技术提供直接可视化手段。
2026-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Physics Informed Neural Network Enhanced Denoising for Atomic Resolution STEM Imaging
针对原子分辨率STEM图像噪声问题，提出物理信息神经网络去噪框架，整合光谱保真度、总变差及亮度/对比度一致性损失，在降噪同时保留原子级细节，提升材料分析实用性。
2024-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Imaging and registration of buried atomic-precision donor devices using scanning capacitance microscopy
我们表明，扫描电容显微镜（SCM）可以通过最近开发的原子精度扫描隧道显微镜（STM）光刻技术在Si中制造的掩埋δ掺杂施主纳米结构的图像。完成原子精度纳米电子器件的一个关键挑战是精确地将介观金属接触对准STM定义的纳米结构。利用SCM的能力，以图像掩埋的掺杂剂纳米结构，我们已经开发出一种技术，通过该技术，我们能够将金属电极定位在表面上，以形成接触到下面的STM制造的供体纳米结构，测量精度为300 nm。低温（T=4K）传输测量证实了接触到供体纳米结构的成功放置。
2014-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Imaging of Mechanically Induced Topological Transition of Ferroelectric Vortices
通过复杂的晶格电荷相互作用形成的铁电涡旋在未来的纳米电子学如存储器中具有巨大的应用潜力。在实际应用中，在外部刺激下操纵这些拓扑状态是至关重要的。在这里，我们施加机械载荷，通过原子分辨原位扫描透射电子显微镜在PbTiO 3-SrTiO 3超晶格中局部操纵涡旋。在外部压应力作用下，涡旋发生向具有面内极化的a域的转变，并在应力去除后自发地恢复。我们揭示了详细的过渡过程中，在原子尺度上，并重现这一数值相场模拟。这些发现为控制未来纳米电子学的奇异拓扑铁电结构提供了新的途径，也为理解纳米尺度下的晶格电荷相互作用提供了有价值的见解。
2019-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Machine learning-enabled tomographic imaging of chemical short-range atomic ordering
在固体中，化学短程有序（CSRO）是指占据特定晶体位置的某些物质的原子的自组织。CSRO越来越多地被设想为调整材料的机械和功能特性的杠杆。然而，CSRO结构域的性质和形态，数密度和原子构型之间的定量关系仍然难以捉摸。在本文中，我们展示了机器学习增强的原子探针断层扫描（APT）如何挖掘近原子分辨的APT数据，并联合利用该技术的高元素灵敏度来提供CoCrNi中熵合金中CSRO的3D定量分析。我们揭示了多个CSRO配置，其形成支持国家的最先进的蒙特卡罗模拟。定量分析这些CSRO使我们能够建立加工参数和物理性能之间的关系。CSRO的明确表征将有助于通过操纵原子级结构来改进设计新材料的策略。
2023-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of the leakage current in epitaxial diamond Schottky barrier devices by conductive-probe atomic force microscopy and Raman imaging
利用导电探针原子力显微镜（CP-AFM）和共焦显微拉曼/光致发光（PL）成像分析技术，对几种垂直型金刚石肖特基器件的高漏电流来源进行了研究。在样品表面的几个不同区域中，已经确定了局部电阻相对于其紧密周围强烈降低（5-6个数量级下降）的局部区域。同样的局部区域，也称为电热点，揭示了一个轻微约束的金刚石晶格和三个主要的拉曼波段在低波数区（590，914和1040 cm-1）。后面这些带通常被分配到涉及硼杂质及其可能的络合物的振动模式，这些络合物可以作为载流子的陷阱。在热点进行的局部电流-电压测量指出，陷阱填充限制（TFL）电流作为主要的导电机制，有利于在肖特基器件的漏电流。
2014-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Imaging Spin Reorientation Transitions in Consecutive Atomic Co layers
通过自旋极化低能电子显微镜（SPLEEM），我们表明，磁易轴的一到三个原子层厚的钴膜钌晶体在沉积过程中改变其取向两次：一个单层和三个单层厚的膜被磁化在平面内，而两个单层膜被磁化出平面，居里温度远高于室温。基于屏蔽Korringa-Kohn-Rostoker（SKKR）方法的完全相对论计算表明，只有两个单层钴膜之间的相互作用的应变，表面和界面效应导致垂直磁化。
2006-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Imaging atoms in real-space with elemental selectivity
Universität Münster（明斯特大学）
本文综述原子级精确氧化铜针尖在AFM中的进展，利用其高刚性与元素选择性实现金属氧化物表面的原子尺度实空间成像，推动扫描探针显微学标准化。
2025-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Electromagnetic induction imaging with atomic magnetometers: unlocking the low-conductivity regime
利用原子磁力计的电磁感应成像已经揭示了从安全筛选到材料表征的前所未有的成像领域。然而，低电导率标本的应用程序-最显着的生物医学成像-需要灵敏度，稳定性和可调谐性只有推测到目前为止。在这里，我们展示了非接触式和非侵入式成像低至50 S/m，使用50 fT/Hz的$^{-1/2}$ $^{87}$ Rb射频原子磁力计在无屏蔽环境和接近室温下工作。用近共振成像方法获得测试对象的二维图像，该方法将相位噪声降低了172倍，投影灵敏度为1 S/m。我们的研究结果，以前的成像演示超过三个数量级的改进，推动电磁成像与原子磁力计的半导体，绝缘体和生物组织的兴趣区域。
2019-08-30 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph physics.ins-det
Comment to "Imaging the atomic orbitals of carbon atomic chains with field-emission electron microscopy"
在线性原子链的场发射电子显微镜中观察到稳定的双峰图案需要破坏轴对称的稳定机制，这未被Mikhailovskij等人[Phys. Rev. B 80，165404（2009）]正确识别。使用微观计算，我们将观察到的图案归因于链连接的配体产生的对称性破缺，加上碳π键交替。
2010-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
True Atomic-Resolution Imaging under Ambient Conditions via Conductive Atomic Force Microscopy
表面的原子尺度特征决定了从催化到摩擦等众多科学现象的原理。尽管如此，我们在原子尺度上可视化和改变表面的能力仍然受到相关方法实现高空间分辨率的严格条件的严重阻碍。特别是，用于实现原子分辨率成像的两种主要方法-扫描隧道显微镜（STM）和非接触式原子力显微镜（NC-AFM）-通常在超高真空（UHV）下进行，并且通常在低温下进行。也许更重要的是，在这种良好控制的原始条件下获得的结果与通常在环境条件下发生的大多数过程和应用几乎没有相关性。因此，一种可以在环境条件下在原子尺度上对表面进行鲁棒成像的方法长期以来一直被认为是表面科学的“圣杯”。在这里，通过对二硫化钼（MoS 2）的原理验证测量，我们报告说，导电原子力显微镜（C-AFM）的方法可以用于在环境条件下实现真正的原子分辨率成像，如通过单个原子空位的成像所证明的那样，而无需对操作环境或精细的样品制备进行任何控制。虽然这一显着的观察背后的物理机制尚未阐明，我们的方法克服了许多与STM和NC-AFM相关的经典限制，研究结果预示着C-AFM作为一个强大的工具，在环境条件下的原子分辨率成像的潜在出现。
2021-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Atomic resolution imaging at 2.5 GHz using near-field microwave microscopy
原子分辨率成像演示使用混合扫描隧道/近场微波显微镜（微波STM）。显微镜的微波通道对应于同轴微波谐振器的谐振频率和品质因数，该谐振器内置于STM扫描头中并耦合到探针尖端。我们发现，当针尖样品的距离是在隧道制度，我们获得原子分辨率的图像使用微波STM的微波通道。我们将微波通道中的原子对比度归因于通过尖端-样品隧道结的GHz频率电流。给出了HOPG和Au（111）表面的图象。
2010-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phase imaging with intermodulation atomic force microscopy
互调原子力显微镜（IMAFM）是一种双频激发的原子力显微镜（AFM）动态模式。振动的AFM悬臂在靠近表面的经验的非线性尖端样本力混合的驱动音，并产生新的频率分量的悬臂响应称为互调产物（IMP）。我们提出了一个程序，用于提取在每个IMP的阶段，并证明通过记录这个阶段，而扫描的相位图像。在互调频率的振幅和相位图像表现出增强的地形和材料的对比度。
2009-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of Electron-Beam Irradiation on Graphene Oxide
氧化石墨烯（GO）是由石墨烯与各种氧官能团连接而成的纳米膜。GO由于其独特的机械增强特性、可调的电子特性以及其在石墨烯大规模生产中的潜在用途而受到关注。扫描电子显微镜（SEM）经常用于表征和研究GO膜。本项目的目的是研究扫描电镜成像对GO薄膜的影响。使用SEM，我们以10、20和30 keV的电子束能量（在约40微安的恒定发射电流下）照射GO样品15分钟至1小时。拉曼D-和G-带强度用于检查作为光束能量和暴露时间的函数的GO样品的结构修饰/损伤。结果表明，用30 keV电子束成像30分钟可能导致形成无定形碳，而用10 keV或20 keV电子束成像30分钟对GO样品没有显著影响。
2019-07-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Atomic-resolution imaging of magnetism via ptychographic phase retrieval
本研究通过电子叠层衍射精确恢复相位，将磁性相位与静电相位分离，实现了磁性材料与自旋电子器件中自旋织构的原子级分辨率成像。
2022-11-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.app-ph
Direct Imaging of Graphene Edges: Atomic Structure and Electronic Scattering
我们报告了一个原子分辨的扫描隧道显微镜（STM）的边缘的化学气相沉积（CVD）的铜箔上合成的石墨烯颗粒的调查。大多数边缘宏观上平行于石墨烯晶格的锯齿方向。这些边缘具有微观粗糙度，发现其在原子尺度上也遵循锯齿形方向，显示许多~120度转弯。在罕见的扶手椅取向边缘附近观察到具有约3a/4（a是石墨烯晶格常数）周期性的突出的驻波图案。观察到的特征，这种波图案是一致的电子谷间后向散射预测发生在扶手椅边缘，但不是在锯齿形边缘。
2011-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic-resolution spectroscopic imaging of ensembles of nanocatalyst particles across the life of a fuel cell
通过像差校正光学器件实现的数据收集速度的千倍增加使我们能够克服电子显微镜悖论-如何获得单个纳米颗粒中原子分辨率的化学结构，同时记录来自非均匀群体的统计学显著样本。这使我们能够映射数百个Pt-Co纳米颗粒，以显示质子交换膜燃料电池中催化剂老化不同阶段的原子尺度元素分布，并将Pt壳层厚度与处理、颗粒尺寸、表面取向和有序性联系起来。
2011-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sensing Noncollinear Magnetism at the Atomic Scale Combining Magnetic Exchange and Spin-Polarized Imaging
在原子尺度的磁体中存储和访问信息需要具有单原子分辨率的磁成像技术。在这里，我们展示了同步检测的自旋极化和交换力，有或没有电流的流动，与一种新的方法，它结合了扫描隧道显微镜和非接触式原子力显微镜。为了证明这种新方法的应用，我们表征了在Fe/Ir（111）单层上形成的原型纳米skyrmion晶格。我们采用磁交换力显微镜解决了正方形磁晶格，首次证明了它对非共线磁结构的适用性。利用距离相关的力和电流光谱，我们量化的交换力相比，自旋极化。对于强自旋极化的提示，我们区分不同的符号的交换力，我们建议产生的探针和skyrmion之间的交换机制的变化。这种新方法可以实现非微扰读出与通过原子尺度磁体的电流驱动反转写入相结合。
2017-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale 3D imaging of individual dopant atoms in a complex oxide
少量的掺杂剂原子可以完全改变主体材料的物理性质。例如，化学掺杂控制了半导体的电子输运行为，并在氧化物中引起了广泛的电磁现象。然而，轻掺杂系统中单个掺杂剂原子的成像仍然是一个重大挑战，阻碍了确定原子尺度物理学的特定位点效应和局部掺杂剂浓度的表征。在这里，我们应用原子探针层析成像（APT），以解决个别钛原子在窄带隙半导体ErMnO 3的标称比例为0.04原子%。我们的3D成像测量的Ti浓度在晶胞水平，提供有关的ErMnO 3晶格内的掺杂剂分布的定量信息。高分辨率APT图揭示了单个Ti原子的3D晶格位置，表明它们位于Mn层内，没有聚类或其他化学不均匀性的迹象。单个掺杂剂原子的3D原子尺度可视化为复杂氧化物中局部结构-性质关系的研究提供了新的机会，代表了在下一代氧化物电子学中控制掺杂剂驱动的量子现象的重要一步。
2021-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reconstruction of 3-D Atomic Distortions from Electron Microscopy with Deep Learning
Materials Sciences and Technology Division, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室材料科学与技术部）；Computational Sciences and Engineering Division, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室计算科学与工程部）；School of Chemistry, Cardiff University（卡迪夫大学化学学院）
深度学习在处理成像数据方面表现出了卓越的功效，但其在解决科学成像中具有挑战性的逆问题方面的适用性尚未得到充分探索。人们非常感兴趣的是从原子分辨成像（如电子显微镜）中确定局部材料特性，其中这些信息被编码在微妙而复杂的数据签名中，并且其恢复和解释需要密集的数值模拟，但需要接近完美的实验设置知识。我们证明了端到端深度学习模型可以从单个二维实验扫描透射电子（STEM）显微照片中成功恢复各种氧化物钙钛矿材料的三维原子畸变，在此过程中解决了从STEM实验中恢复三维原子畸变的长期问题。我们的研究结果表明，深度学习是一种很有前途的方法，可以有效地解决科学成像中未解决的逆问题，并支持原子分辨率的新材料研究。
2019-02-19 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Imaging atomic scale stochasticity: noise in the nearly commensurate charge density wave of 1T-TaS$_2$ for leaky-integrator-and-fire neuromorphic emulator
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
该研究针对1T-TaS₂的近公度电荷密度波噪声，建立介观模型解释其与漏极积分放电神经元动力学的相似性，证实其可作为室温脉冲神经模拟器的非线性元件，助力器件小型化。
2026-08-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
