北京大学高鹏研究员使用JEM-ARM300F在皮米尺度精确测量表面结构方面取得重要研究进展

北京大学电子显微镜实验室的高鹏研究员与日本东京大学Yuichi Ikuhara教授等使用日本电子（JEOL）的最新式球差校正透射电镜JEM-ARM300F(45皮米,目前最高纪录)，开发定量环形明场像技术（Quantitative ABF），研究发现钛酸锆铅（PbZr0.2Ti0.8O3）铁电薄膜表面存在异常的原子重构。该研究成果近期发表于《自然-通讯》上【Nat. Commun. 7，11318 (2016)】。

ABF是日本电子（JEOL）于2009年发明的一种新的STEM成像技术，与传统的STEM HAADF 技术只能表征重元素相比，ABF对轻元素的表征具有独特优势。高鹏研究员他们最新的研究成果是通过将超高分辨的ABF图像定量化，在皮米（0.001纳米）尺度上精确测量阴、阳离子之间的键长，从而计算表面结构的细微畸变。研究表明，在不同极化取向的铁电畴中，PbZr0.2Ti0.8O3的表面原子结构完全不一样，在表面薄层中可以存在“铁电死层”（Ferroelectric dead layer）和高能的带电畴壁（Charged domain wall）。这些发现为铁电薄膜、铁电陶瓷、铁电表面催化等应用提供了非常重要的信息。此外，考虑到常用的研究表面的扫描隧道显微镜方法不适合研究这些绝缘的氧化物材料，文章中发展起来的定量环形明场像技术（Quantitative ABF）开辟了研究氧化物表面结构的新思路，将极大地丰富人们对复杂功能氧化物材料表面物性的认知。

JEM-ARM300F是目前世界上最高档的可为用户量身定制的球差校正透射电镜，拥有很多独特的技术，在国内可通过单一来源采购。详情请咨询日本电子株式会社在中国的分公司捷欧路（北京）科贸有限公司各办事处。

Figure 1. JEM-ARM300F

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.