北京大學(xué)電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)室的高鵬研究員與日本東京大學(xué)Yuichi Ikuhara教授等使用日本電子（JEOL）的最新式球差校正透射電鏡JEM-ARM300F(45皮米,目前最高紀(jì)錄)，開發(fā)定量環(huán)形明場(chǎng)像技術(shù)（Quantitative ABF），研究發(fā)現(xiàn)鈦酸鋯鉛（PbZr0.2Ti0.8O3）鐵電薄膜表面存在異常的原子重構(gòu)。該研究成果近期發(fā)表于《自然-通訊》上【Nat. Commun.?7，11318 (2016)】。

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ABF是日本電子（JEOL）于2009年發(fā)明的一種新的STEM成像技術(shù)，與傳統(tǒng)的STEM HAADF 技術(shù)只能表征重元素相比，ABF對(duì)輕元素的表征具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。高鵬研究員他們最新的研究成果是通過將超高分辨的ABF圖像定量化，在皮米（0.001納米）尺度上精確測(cè)量陰、陽離子之間的鍵長，從而計(jì)算表面結(jié)構(gòu)的細(xì)微畸變。研究表明，在不同極化取向的鐵電疇中，PbZr0.2Ti0.8O3的表面原子結(jié)構(gòu)完全不一樣，在表面薄層中可以存在“鐵電死層”（Ferroelectric dead layer）和高能的帶電疇壁（Charged domain wall）。這些發(fā)現(xiàn)為鐵電薄膜、鐵電陶瓷、鐵電表面催化等應(yīng)用提供了非常重要的信息。此外，考慮到常用的研究表面的掃描隧道顯微鏡方法不適合研究這些絕緣的氧化物材料，文章中發(fā)展起來的定量環(huán)形明場(chǎng)像技術(shù)（Quantitative ABF）開辟了研究氧化物表面結(jié)構(gòu)的新思路，將極大地豐富人們對(duì)復(fù)雜功能氧化物材料表面物性的認(rèn)知。

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JEM-ARM300F是目前世界上最高檔的可為用戶量身定制的球差校正透射電鏡，擁有很多獨(dú)特的技術(shù)，在國內(nèi)可通過單一來源采購。詳情請(qǐng)咨詢?nèi)毡倦娮又晔綍?huì)社在中國的分公司捷歐路（北京）科貿(mào)有限公司各辦事處。

Figure 1. JEM-ARM300F

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Figure 2. HAADF image of Pb(Zr0.2TiO0.8)O3 thin film grown on SrTiO3?substrate.

Figure 3. Pb(Zr0.2TiO0.8)O3 surface structure. (a) ABF image of negatively poled surface. (b) Enlarged view of the highlighted region. The contrast is inverted for clarity. The oxygen octahedron has different configuration. (c) The picometer-scale calculation of Pb-O bond length showing ferroelectric dead layer and unusual charged 180°domain wall exist on the negatively poled surface.