应用说明
电子叠层衍射成像用于二维材料原子级缺陷分析
April 1, 2026
4D STEM
4D STEM 指的是在 STEM 面扫的每个扫描点位置上，都采集一张完整的二维衍射花样。
概述
什么是 4D STEM？
在扫描透射电子显微镜 (STEM) 中，电子束聚焦在电子透明的样品上以构成一个尺寸从数个纳米到接近原子尺度的探针。电子与样品发生交互作用，一旦发生散射，则能够对各种信号进行测量：
在 4D STEM 中，电子探针在样品上以 2D 阵列的形式扫描。在每个探针位置，都通过像素化的探测器记录一张 2D 的衍射花样，因此形成一个 4D 数据块，并进行后续各种分析。
4D STEM 的用途
下面列举一些 4D STEM 所具有的无限可能在材料科学中的一些应用实例。我们鼓励您进一步探索更多大量的实例和各种方法的详细信息：Microscopy and Microanalysis 25, 563-582, 2019。
- 虚拟成像 – 从单个 4D STEM 数据集中生成虚拟 SAED 或虚拟 BF/DF 像
- 取向分布 – 在精细尺度上研究材料的晶体学取向
- 应变分布 – 通过从 4D 数据块中的衍射花样测量局部的晶格应变获得材料中的应变分布
- 差分相位衬度 – 通过测量透射电子束在每个扫描点上的轻微相位位移获得局部的电场和磁场分布
- 叠层衍射 – 重构穿过样品的电子波相位和振幅，构建超高分辨率成像及增强的衬度和结构细节
Advantages of 4D STEM
| 能力 | 优点 |
|---|---|
| 高空间分辨和角度分辨 | 能够以高精度在纳米或原子尺度上表征材料。 |
| 多样的数据采集和灵活的成像模式 | 在每个扫描位置采集完整的衍射花样，实现前文所述各种后处理分析。 |
| 多模态数据采集 | eaSI技术结合了 4D STEM 与 EELS 以及 EDS，为所研究材料带来完整理解。 |
| 与原位实验兼容 | 增加时间维度 (5D 数据集)，实时监控各种条件下的结构变化。 |
应用
借由 Gatan 解锁电子显微技术的强大潜力——探索前沿应用，深入参与专家主导的网络研讨会，并通过详尽的应用指南汲取专业洞见，赋能科研创新。
网络研讨会
Off the grid: Advanced scanning strategies for modern STEM
March 12, 2026
应用说明
能量过滤 4D STEM 揭示半导体中的短程有序结构
December 1, 2025
应用说明
利用 STEMx 系统和您现有的 Gatan 原位相机进行纳米束应变分析
March 1, 2025
应用说明
会聚角对应变测量精度的影响
February 1, 2025
媒体库
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The new STEMx OIM package brings orientation mapping analysis to the STEMx integrated software tools. This is done by comparing the diffraction pattern at each pixel position to a set of simulated patterns for all phases and orientations in your specimen. Orientation data can even be exported to the EDAX OIM Analysis software for further processing.
Orientation map generated with STEMx OIM showing {111} texture of annealed Au thin film. Energy-filtered 4D STEM data was collected using a GIF Continuum with Stela system at 200 kV. Sample courtesy of J. Kacher, GA Tech.
4D STEM and virtual aperture imaging
Metro captures 4D STEM data with sharper detail and less background noise; it can collect a 128 x 128 (scan) x 512 x 512 (pattern) dataset in half a minute. This color image is a map of the brightest spot orientation and intensity from such a dataset. The material is boron nitride. The color hue in the map specifies the direction from center of the strongest spot in each diffraction pattern, while the brightness corresponds to the intensity of the peak.
2D diffraction pattern for each real space STEM
4D STEM diffraction data cube
4D STEM operating principle
