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凝聚态物理 > 材料科学

arXiv:2507.18906 (cond-mat)
[提交于 2025年7月25日 ]

标题: 金属氢化物中氢的原子尺度异质性通过电子 Ptychography 被揭示

标题: Atomic-Scale Heterogeneity of Hydrogen in Metal Hydrides Revealed by Electron Ptychography

Authors:Pengcheng Li, Chenglin Pua, Zehao Dong, Zhengxiong Su, Tao Liu, Chao Cai, Huahai Shen, Lin Gu, Zhen Chen
摘要: 氢在材料科学中起着关键作用,特别是在推进氢储存和相变调控技术方面,同时也带来了如氢脆等挑战。 理解其行为对于改善材料性能至关重要,但需要精确确定原子尺度的分布,由于氢的弱电子散射和高迁移率,以及传统透射电子显微镜的局限性,这一直是一个持续的挑战。 我们证明,多切片电子ptychography(MEP)通过三个关键进展克服了这些限制:对氢占据的卓越灵敏度、三维量化以及原子定位的皮米级精度。 实验上,MEP能够解析异质氢分布,并以皮米级精度量化多主元元素合金氢化物中的氢诱导晶格位移。 这项工作展示了MEP作为一种变革性方法,可以直接探测固体中的氢原子,从而揭示氢对材料性能影响的基本理解。
摘要: Hydrogen plays critical roles in materials science, particularly for advancing technologies in hydrogen storage and phase manipulation, while also posing challenges like hydrogen embrittlement. Understanding its behavior, vital for improving material properties, requires precise determination of atomic-scale distribution-a persistent challenge due to hydrogen's weak electron scattering and high mobility, as well as the limitations of conventional transmission electron microscopy. We demonstrate that multislice electron ptychography (MEP) overcomes these constraints through three key advances: exceptional sensitivity for hydrogen occupancy, three-dimensional quantification, and picometer-level precision in atomic positioning. Experimentally, MEP resolves heterogeneous hydrogen distributions and quantifies hydrogen-induced lattice displacements with picometer precision in multi-principal-element alloy hydrides. This work demonstrates MEP as a transformative method for directly probing hydrogen atoms in solids, unlocking fundamental understanding of hydrogen's impact on material properties.
评论: 32页,4个主图,13个SI图
主题: 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall)
引用方式: arXiv:2507.18906 [cond-mat.mtrl-sci]
  (或者 arXiv:2507.18906v1 [cond-mat.mtrl-sci] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.18906
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Zhen Chen Prof [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 7 月 25 日 02:56:29 UTC (2,788 KB)
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