近日，上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院于奕課題組與比利時(shí)安特衛(wèi)普大學(xué)、美國(guó)普渡大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)合作，在輻照敏感材料的電子顯微成像研究中取得突破性進(jìn)展，利用低劑量電子顯微成像方法揭示了鹵化物鈣鈦礦材料的表面邊緣和內(nèi)部缺陷的原子結(jié)構(gòu)。北京時(shí)間10月29日，相關(guān)研究成果以“Atomically Resolved Edges and Defects in Lead Halide Perovskites”為題，在線(xiàn)發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）。

圖1：研究成果在《自然》（Nature）上的發(fā)表頁(yè)面

輻照敏感材料的原子尺度成像一直是顯微學(xué)領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。在生命科學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域，由輕元素構(gòu)成、原子鍵能較弱或化學(xué)活性較高的物質(zhì)，在電子束輻照下會(huì)迅速發(fā)生結(jié)構(gòu)坍塌與化學(xué)分解，難以獲取原子分辨圖像和微觀(guān)結(jié)構(gòu)信息，制約了對(duì)其構(gòu)效關(guān)系的科學(xué)認(rèn)知。

鹵化物鈣鈦礦是一種新型光電功能材料體系，在太陽(yáng)能電池等能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域應(yīng)用前景廣泛，但其穩(wěn)定性問(wèn)題制約了產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。一方面在空氣暴露條件下易發(fā)生降解，另一方面在器件工作狀態(tài)下穩(wěn)定性欠佳，導(dǎo)致性能快速衰退。材料科學(xué)原理表明，晶體結(jié)構(gòu)中微觀(guān)缺陷構(gòu)成材料的能態(tài)不穩(wěn)定區(qū)域，是誘發(fā)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變與性能劣化的關(guān)鍵位點(diǎn)。因此，通過(guò)原子尺度表征技術(shù)解析鹵化物鈣鈦礦材料缺陷特征，對(duì)于揭示構(gòu)效關(guān)系、實(shí)現(xiàn)該材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性具有重要意義。

本研究通過(guò)超低劑量分割的四維掃描透射電子顯微技術(shù)(4D-STEM)，實(shí)現(xiàn)了最低電子劑量條件下的原子分辨率電子疊層衍射成像，提出了鹵化物鈣鈦礦邊緣的原子構(gòu)型，并捕捉到其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)演變過(guò)程。發(fā)現(xiàn)有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化的甲胺鉛碘鈣鈦礦(MAPbI₃)邊緣主要呈現(xiàn)甲基銨(MA)和碘(I)終止結(jié)構(gòu)，且邊緣與內(nèi)部缺陷的損傷速率與空位濃度及類(lèi)型密切相關(guān)。高濃度碘空位與損傷加速過(guò)程展現(xiàn)出顯著相關(guān)性。

原彪（物質(zhì)學(xué)院2022屆博士畢業(yè)生）和王澤禹（物質(zhì)學(xué)院2024屆博士畢業(yè)生）作為共同第一作者，于奕教授作為共同通訊作者。

圖2：鹵化物鈣鈦礦材料表面邊緣的低劑量4D-STEM成像

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09693-6