基于预cession 4D-STEM 的 polycrystalline 薄膜中随机晶界电场的纳米尺度精确映射
材料科学
2026-04-27 v1
摘要
晶界空穴層(SCL)在调制局部電場和影響材料功能性性能（如氧空位迁移和氧化物陶瓷中的イオン導電性）方面發揮著 crucial 作用。然而，对這些局部電場和相應電荷分布的直接實驗分析仍具有挑戰。傳統的中心質心(CoM)分析在掃描透射電子顯微術差分相位對比(STEM-DPC)中受到 orientation-dependent contrast 和動力學散射的強烈影響。本文展示了將電束 precession 與高級後處理結合，採用 Sobel 濾波和奇異值分解(SVD)的迭代邊緣檢測，從而實現了可靠且準確的、無偏的diffraction shift 測量，最小化晶體學 artefacts。新方法準確地細化了 nanobeam electron diffraction(NBED)模式的中心盤位置，從而顯著提高了提取局部電場和相應電荷分布的精度。與傳統 CoM 方法的比較顯示，對於 BaTiO3 和 SrTiO3 等 exemplary case studies 中的随机晶界，本方法在準確性和 robusteness 上具有優勢。該工作以原子模擬為補充，分離 SCL 的電場與晶界的平均內部電位差和晶界周圍的元素分佈。深入分析表明，我們的方法 enables 在複雜的 polycrystalline 樣品中高保真地映射電磁場及其電荷分佈，為 STEM-DPC 的 improved 定量分析奠定了基礎。
引用
@article{arxiv.2604.22398,
title = {Accurate Nanoscale Mapping of Electric Fields across Random Grain Boundaries in Polycrystalline Oxides Using Precession-Assisted 4D-STEM},
author = {Sangjun Kang and Hyeyoung Cho and Maximilian Töllner and Anna Rose Nelson and Ziming Ding and Xiaoke Mu and Di Wang and Wolfgang Rheinheimer and Kai Wang and Bai-Xiang Xu and Jakob Konstantin Laux and Mahmoud Serour and Karsten Albe and Andreas Klein and Christian Kübel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.22398},
year = {2026}
}
备注
25 pages, 6 figures and 4 supplementary figures