基于4D-STEM的单壁碳纳米管高级结构表征

单壁碳纳米管（SWCNT）表现出令人瞩目的光学和电性质，使其成为下一代电子和光电子器件的最有前景材料之一。其电性质强烈取决于其chirality，即其结构配置以及原子缺陷的存在与 nature。当前缺乏通用且高效的结构表征技术限制了SWCNT的应用。本文报道了如何利用4D-STEM解决SWCNT结构分析中的关键挑战。通过采用现代快速像素化电子探测器，我们能够快速获取大量低噪声SWCNT电子衍射图案。得到的4D-STEM数据允许同时精确确定多个纳米管的局部chirality，所需电子剂量低至1750 e-/{\AA}^2，空间分辨率达到纳米尺度（低至3.1 nm）。我们还展示了该方法如何跟踪单个纳米管沿其长度的chirality，同时获取应变分布。随后，我们报道了4D-STEM数据如何实现电子光场显微成像，以获得原子尺度空间分辨率，从而实现原子缺陷成像。最后，我们调查了多层切片电子光场显微技术如何通过其接近3D的原子分辨率成像能力，进一步深入了解纳米管缺陷结构。