用电子叠层成像技术“看清”材料内部的缺陷和莫尔条纹起伏

本文介绍了一种突破性的电子显微成像技术——多层电子叠层成像法（MEP），用于解析二维摩尔材料（如扭转双层硒化钨，WSe2）的三维原子结构。传统方法难以观测这类材料在垂直于平面方向（即‘上下’方向）的微小形变，而这些形变恰恰强烈影响其电子性质（例如是否出现超导或平带）。研究团队通过优化实验条件（如将样品倾斜15度）并结合物理先验知识（如已知的原子间距、化学键长等），成功将三维空间分辨率提升至约7.5埃（远优于此前报道的2–4纳米），最终实现所有六个原子层（两层WSe2，每层含W、Se1、Se2三个原子面）的独立分辨。结果表明：材料在摩尔图案的AA堆叠区会局部‘鼓起’或‘弯折’，导致层间距增大（达6.7–6.9 Å，比AB区高约0.5 Å）；空位缺陷仅出现在最外侧的两个硒原子层（Se11和Se22），共占该层硒原子的5%，说明这些缺陷并非晶体生长时固有，而是在透射电镜制样或观测过程中由电子束辐照引发的损伤；更关键的是，研究人员首次在实验中观察到两种不同类型的三维起伏模式共存：一种是上下两层反向弯曲的‘呼吸模式’（类似气球胀缩），另一种是同向弯曲的‘弯曲模式’（类似纸片折弯）。这种混合无序结构过去未被理论预测，也从未被实验证实，它可能显著调控摩尔材料中的电子行为。整个三维原子建模过程仅需约30秒数据采集，相比需数小时、多角度倾斜的电子断层扫描技术（ET）极大提速，为未来原位、动态追踪二维材料结构演化铺平道路。