专访：球差校正电镜 物质科学研究的必备工具

王建波

武汉大学物理科学与技术学院、高等研究院教授、“珞珈学者”特聘教授

武汉大学电子显微镜ZX主任

充分发掘电镜的应用潜能

王建波教授**次接触电子显微学技术是在二十年前。当时他进入武汉大学王仁卉教授课题组，利用实验室的一台JEM-100CX型电镜，学习了解了电镜所有的基本功能。1998年，王建波来到郭可信先生的实验室，开始接触到不同型号的电镜仪器。王建波教授回忆说："实验室有一台日本电子的JEM-2010HR，那时球差校正技术的时代还没有来临，JEM-2010HR是我们获取高分辨像不可缺少的工具。"  随后，王建波又先后到法国马赛晶体生长机制研究所和欧洲同步辐射ZX，以及德国于利希(Juelich)研究ZX学习了解了原位测试技术及球差校正技术。

到2001年，王仁卉教授等开始组建武汉大学电子显微镜ZX，王建波回到武汉大学开展相关工作。"当时电镜ZX购置了两台比较先进的日本电子的电镜产品"，王建波教授介绍说："其中一台配置了场发射枪加Ω能量过滤器，JEM-2010FEF是国内**台这种类型的电镜仪器。"

利用这台仪器，王建波教授课题组开展了很多研究，比如定量汇聚束电子衍射研究。同时这台电镜配备了当时刚刚出现，但现在非常热门的STEM技术。利用这台非球差校正的STEM，王建波教授做出了相当多的到晶格尺寸分辨率，甚至少数到原子尺度分辨率的图像。可以说日本电子的电镜一直伴随着王建波教授课题组关于固体超微结构研究工作的推进。"他们务实的作风及相互配合的精神给我留下了很深的印象，现在我们又采购了日本电子的JEM-ARM200F球差校正透射电镜，我相信这台仪器在我们实验室会有很好的应用。" 王建波教授十分肯定地说道。

王老师的科研组：左上 郑赫老师，左下 贾双凤老师，右上 王建波老师，右下 赵东山老师

在低电压下获得原子分辨率图像

近年来,二维晶体材料由于其独特的微观结构和新颖的物理化学性能得到了诸多领域研究者的关注。由于这类材料很难经受住高电压的电子束辐照，所以如何能在低电压下获取它的高分辨率图像成了一个难题。"我们期望利用JEM-ARM200F在80kV或者30kV的低电压下，通过球差校正，获得二维材料的原子分辨率图像，这是我们努力的方向。" 王建波教授说道。 "另外，除了原子位置的观察，我们还希望利用这台仪器更好的开展原位动态研究，原位观察不同能量环境，以及在力、热、光、电、磁等外场作用下，材料究竟会发生什么样的变化，获取材料更多的物理信息。"

让材料微观结构研究"眼见为实"

对于球差校正技术的发展之于材料研究的重要性，王建波教授谈道："晶格中的原子如何排布，对于材料物理性质的影响非常大。球差校正技术问世之前，电子显微镜的分辨率已经达到2埃，能够观察到大多数材料的晶格结构，但却无法确定晶格中原子的位置，研究人员只好通过大量的计算来推测晶格内原子的位置。"

"如今，球差校正技术使得球差成为可调的参数，电镜的分辨率已经达到亚埃级，对界面的观测更清晰，并且基本可以直接观察到原子。现在再看原来推测的结构，发现很多都并不准确。对于材料研究的人来说，眼见为实也是非常重要的事情。所以说，球差校正电镜对于物质科学研究不可或缺。"  "另外，做材料研究，我们不能只是被动地看一种结构的材料有什么性质，还要主动的构造一些新型材料。如今，利用球差校正电镜，如果我们能在原子尺度，按自己的想法排布原子，那将是件非常美妙的事情。"王建波教授高兴地说道。

电镜将会成为更加综合的仪器设备

从过去到现在，电子显微镜的功能越来越丰富和多样化，研究人员利用它已经不仅仅是获得放大倍数更高的图像，它的多种探测功能及辅助设备能够帮助研究人员获取更丰富的信息。

"未来电镜会成为更加综合的仪器设备，它会长出更多的'三头六臂'。将会有更快、更有效、探测角度范围更大的综合型探测器，能够捕捉到物质变化中的每一个精细时刻，获取更丰富和全面的信息。我们也期待电镜的极靴设计空间更大，使得施加各种外场成为可能。还有将电镜和其他设备联用，如分子束外延设备、扫描隧道显微镜等，这对于物质结构研究将会带来极大的好处。"王建波教授满怀期望地说。

人物简介

王建波

 武汉大学"珞珈学者"特聘教授，ZG电子显微学会常务理事、物理与材料专业委员会委员，湖北省电子显微镜学会理事长，武汉大学电子显微镜ZX主任。1996年获武汉大学本科学位，2001年获武汉大学博士学位。期间得到中法德联合培养，1998-2000年在北京中科院物理所电镜实验室，1999、2000年在法国马赛晶体生长机制研究所（CRMC2-CNRS，现CINaM-CNRS）和欧洲同步辐射ZX（ESRF），2000-2001年在德国于利希（Juelich）研究ZX合作研究。2000年7月留校任教。获教育部"新世纪人才"（2007年）、湖北省自然科学青年杰出人才资助（2005年）、湖北省自然科学一等奖（2005年，排名第4）等。目前主要从事凝聚态物质超微结构的电子显微学表征及相关计算研究。