研究背景
有機分子晶體涵蓋了從藥物到有機光電材料、蛋白質和蠟等在生物和工業環境中的廣泛材料。晶體缺陷，從晶界到位錯，在生長機制和分子晶體的功能特性中發揮著關鍵作用。
然而，與金屬、陶瓷和無機半導體中個別缺陷的精確分析不同，通過電子顯微鏡對分子材料中個別位錯特性和滑移系統的實驗確定仍然存在較大不確定性。分子晶體中的納米級位錯分析在很大程度上受限于需要較低電子劑量以避免不可逆損壞這些晶體。
鑒于此，英國利茲大學Sang T. Pham，Sean M. Collins等人在“Nature Materials”期刊上發表了題為“Microscopic crystallographic analysis of dislocations in molecular crystals”的最新論文。本文提出了一種低劑量、單次曝光的方法，使得對分子晶體中個別位錯進行納米級分辨率分析成為可能。研究者在多種晶體類型上展示了這種方法，能夠明確揭示位錯特性和作用滑移系統。
研究亮點
（1）實驗首次提出了一種低劑量、單次曝光的掃描電子衍射（SED）方法，成功實現了對分子晶體中個別位錯的納米級分辨率分析，流量低至5?e–???2，克服了傳統方法中的低電子劑量限制問題。
（2）實驗通過該低劑量SED方法，揭示了多種晶體類型中位錯的特性和作用滑移系統，包括芳香分子、長鏈烴和氫鍵晶體等有機光電、蠟和制藥材料。研究表明，這種方法能夠清晰地顯示位錯線、Burgers矢量方向以及晶體中位錯的畸變情況，且在多個衍射條件下實現了準確的Burgers矢量定向分析。
（3）通過分析彎曲輪廓，實驗能夠進一步確定位錯的滑移系統，并在低劑量條件下實現高分辨率的位錯成像。與傳統的高劑量電子顯微鏡技術不同，該方法避免了晶體的不可逆損傷，為分子晶體中的位錯分析提供了新的技術路徑。
圖文解讀
圖1: 掃描電子衍射Scanning electron diffraction，SED低劑量位錯分析。
圖2:有機光電材料中的位錯分析。
圖3:茶堿和石蠟晶體中的低劑量位錯分析。
結論展望
總之，本文通過低劑量單次曝光掃描電子衍射（SED）測量，展示了在多種有機分子晶體中進行面內位錯分析。通過引入幾何模型進行擬合，盡管對緩慢變化的曲率做了有限假設，并通過成分符號分析，能夠在沒有預設晶體結構知識的情況下，從有限的ghkl采樣中確定Burgers矢量。觀察到的位錯顯示，Burgers矢量的方向主要位于分子層之間的弱分子間相互作用平面內，而不是穿越分子結構——這種結構與無機固體有所不同。
這一方法的普適化為常規分析分子晶體及其他材料中位錯提供了手段，特別是對于晶體缺陷流量（CF）低至幾e–???2的材料（例如使用框架材料和鹵化鈣鈦礦中的彎曲輪廓）。這推動了對位錯核心中分子間相互作用的研究，進一步探討了這些相互作用如何影響材料的機械、光電和化學性能，并為抑制或設計位錯形成的方法的發展提供了理論支持。
原文詳情：
Pham, S.T., Koniuch, N., Wynne, E. et al. Microscopic crystallographic analysis of dislocations in molecular crystals. Nat. Mater. (2025).
https://doi.org/10.1038/s41563-025-02138-5
