电子Ptychography
根据“阿贝极限”可知，光学显微镜的分辨率受限于波长，大约为波长的一半。而电子波长远比可见光短，例如当加速电压为100 kV时，其相对论波长为 3.7 pm，因而可以显著地提高分辨率，辅助人们探索纳米微观世界。经过 不断的发展，目前先进的球差校正扫描透射电子显微镜（scanning transmission electron microscope, STEM）已普遍用于获取材料的亚埃级结构和化学信息。电子ptychography可同时对重原子和轻原子进行高分辨率成像[1] 且不受 TEM“信息 极限”的制约，理论上能够达到电子束波长所决定的分辨极限，而且还具有三维分层重构能力[2, 3]。近年来的研究表明电子 ptychography有巨大的潜力在极低的电子剂量和束能下以超高的空间分辨率获得生物化学材料的衬度和相位信息[4-6]。由于所记录的数据共包含二维的扫描位置信息和一组二维的衍射图样，因此电子ptychography也属于一种4D-STEM技术。2018 年康奈尔大学Prof. Muller group在《Nature》杂志发表的工作在80 keV的低电子束能量下对二维材料 MoS2 进行成像，可实现0.39 Å 的分辨率[5]。在此之前，即使用最先进的球差校正电镜，在300 keV情况下也只能获得0.5 Å的分辨率。电子ptychography在材料的微观结构研究中存在明显的优势，有望解决一些常规成像技术无法解决的难题。
图(a) STEM成像示意图
图(b) 使用不同技术对单层MoS2成像的结果对比
References：
[1] Wang P, Zhang F C, Gao S, et al. Electron ptychographic diffractive imaging of boron atoms in LaB6 crystals[J]. Scientific Reports, 2017, 7: 2857.
[2] Gao S, Wang P, Zhang F C, et al. Electron ptychographic microscopy for three-dimensional imaging[J]. Nature Communications, 2017, 8: 163.
[3] Chen Z, Jiang Y, Shao Y T, et al. Electron ptychography achieves atomic-resolution limits set by lattice vibrations[J]. Science, 2021, 372(6544): 826-831.
[4] Zhou L Q, Song J D, Kim J S, et al. Low-dose phase retrieval of biological specimens using cryo-electron ptychography[J]. Nature Communications, 2020, 11: 2773.
[5] Jiang Y, Chen Z, Han Y M, et al. Electron ptychography of 2D materials to deep sub-ångström resolution[J]. Nature, 2018, 559: 343-349.
[6] Zhang H, Li G X, Zhang J X, et al. Three-dimensional inhomogeneity of zeolite structure and composition revealed by electron ptychography. Science, 2023, 380 (6645), 633-638.