有机-无机卤化物钙钛矿具有卓越的成本效益和有趣的光电性能，被认为是一种极具前景的下一代半导体材料，但其稳定性问题制约了产业化进程。一方面在空气暴露条件下易发生降解，另一方面在器件工作状态下稳定性欠佳，导致性能快速衰退。晶体结构中微观缺陷构成材料的能态不稳定区域，是诱发结构转变与性能劣化的关键位点。但对于辐照敏感材料的原子尺度成像一直是显微学领域的重大挑战。
上海科技大学物质科学与技术学院于奕课题组与比利时安特卫普大学、美国普渡大学科研团队合作，在辐照敏感材料的原子尺度表征方面取得了突破性进展，解决了长期存在的辐照敏感材料成像挑战，并为钙钛矿材料优化提供了新方向。10月29日，相关研究成果以“Atomically Resolved Edges and Defects in Lead Halide Perovskites”为题，在线发表于国际学术期刊《自然》（Nature）。
核心创新点
1.方法创新：实现了超低剂量原子分辨率电子显微成像
开发并应用了真正高速超低剂量的四维扫描透射电子显微镜（4D-STEM）技术，结合剂量分割策略（dose fractionation），进行了电子叠层衍射成像（ptychography）。
关键突破：在迄今为止最低电子剂量条件下实现了原子分辨率成像，克服了卤化物钙钛矿等辐照敏感材料在电子束下易结构坍塌的难题。这为生命科学和材料科学中轻元素、弱键能材料的原子尺度研究提供了新范式。
2. 结构解析：首次揭示了卤化物钙钛矿边缘的原子构型
清晰成像了甲基铵铅碘（MAPbI3）钙钛矿的边缘原子结构，发现其边缘主要由甲基铵（MA）和碘（I）终止（即“MA-I边缘终止”结构）。
这一发现提供了对钙钛矿表面化学的原子级理解，填补了此前对边缘结构认知的空白，为解释材料界面性质和稳定性奠定了基础。
3. 动力学研究：捕获了边缘和缺陷的结构动态演变
不仅获得了静态原子结构，还通过低剂量成像捕捉到了边缘和内部缺陷的结构动力学过程，如原子排列的实时变化。
创新点在于将原子分辨率成像与动态监测结合，揭示了钙钛矿在微观尺度上的结构不稳定性，直接关联到其宏观性能退化。
4. 机制发现：明确了缺陷损伤与空位类型的相关性
发现了边缘和内部缺陷的损伤速率取决于空位的浓度和类型，特别是碘空位（I vacancies）的富集会显著加速损伤。
这一机制揭示了钙钛矿材料不稳定的微观根源，强调了空位调控对材料稳定性的重要性，为通过缺陷工程优化材料性能（如提高太阳能电池稳定性）提供了科学依据。
5. 科学意义：推动了辐照敏感材料表征技术的发展
研究不仅针对钙钛矿材料，更建立了辐照敏感材料原子尺度成像的新标准，为广泛材料体系（如有机-无机杂化材料）的构效关系研究开辟了道路。
通过原子尺度缺陷表征，直接关联了微观结构与宏观稳定性问题，对钙钛矿光电器件的产业化应用具有指导价值。
图2：卤化物钙钛矿材料表面边缘的低剂量4D-STEM成像
