正常TEM光路下，物鏡處于開啟狀態(tài)，樣品在物鏡上下極靴中間處于~2T的強(qiáng)磁場中，樣品本征的磁結(jié)構(gòu)會(huì)被物鏡的強(qiáng)磁場破壞。為了在無磁環(huán)境下觀察樣品本征的磁結(jié)構(gòu)，賽默飛場發(fā)射透射電鏡Talos和球差校正透射電鏡Spectra都可以通過關(guān)閉物鏡電流使樣品處于零磁場環(huán)境，再由位于物鏡下極靴內(nèi)部的洛倫茲磁透鏡實(shí)現(xiàn)對樣品微觀本征磁結(jié)構(gòu)的觀察。LTEM成像模式主要有兩種：Fresnel成像模式和Foucault成像模式。Fresnel成像模式是通過改變圖像的離焦量實(shí)現(xiàn)對磁疇或疇壁的觀察。其圖像主要特點(diǎn)是欠焦和過焦條件下磁疇疇壁的襯度是相反的，而正焦圖像則沒有磁襯度。Foucault成像是通過遮擋或者保留后焦面上與磁疇相關(guān)的衍射信號來實(shí)現(xiàn)（類似于暗場像）, 適用于觀測不同磁化取向的磁疇。圖1a-c分別為該文章中贗能隙態(tài)YBa₂Cu₃O_6.5樣品的正焦、過焦以及欠焦下的Fresnel圖像，離焦量為±1.08 mm。其反轉(zhuǎn)的襯度特點(diǎn)，切實(shí)證明了該樣品中存在拓?fù)鋵W(xué)特征的疇結(jié)構(gòu)。此外，賽默飛透射電鏡上的洛倫茲功能不僅可以實(shí)現(xiàn)無磁環(huán)境，還可以很方便地通過改變物鏡電流來改變磁場，用于原位研究磁結(jié)構(gòu)隨磁場強(qiáng)度的變化。在本研究中，作者通過改變物鏡電流對樣品施加外磁場影響，拓?fù)鋵W(xué)特征消失，進(jìn)一步證明了該效應(yīng)是由磁學(xué)特性引起的。作者通過使用強(qiáng)度傳遞方程（Transport of Intensity Equation, TIE）的相位重構(gòu)技術(shù)^[2]，對LTEM圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到拓?fù)浯艤u旋結(jié)構(gòu)的磁場方向和相對強(qiáng)度分布（圖1d-e, i-l）。圖1m-n是由LTEM結(jié)果推測出來的兩種可能的磁渦旋結(jié)構(gòu)示意圖。該文章中LTEM實(shí)驗(yàn)分別在賽默飛Spectra300，Themis和Titan機(jī)臺(tái)進(jìn)行了重復(fù)驗(yàn)證，均觀察到拓?fù)浯艤u旋結(jié)構(gòu)。

除了常規(guī)的LTEM成像外，賽默飛球差校正透射電鏡Spectra系列可以通過物鏡球差校正器對LTEM光軸進(jìn)行像差校正。像差校正洛倫茲模式下可以得到優(yōu)于1nm的信息分辨率，從而幫助科研工作者觀察到更小的磁結(jié)構(gòu)。

球差校正透射電鏡的超高空間分辨率提供了關(guān)于拓?fù)渥孕Y(jié)構(gòu)的出現(xiàn)與局域晶體結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的更多信息。銅基超導(dǎo)材料中氧原子的摻雜或缺失對材料性能具有重要的影響，直接觀察到氧原子的占位對深入揭示材料微觀結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系具有重大的意義。然而，廣泛使用的掃描透射電鏡（STEM）的高角環(huán)形暗場（HAADF）圖像，因其主要接收高角盧瑟福散射信號，導(dǎo)致輕重元素?zé)o法同時(shí)成像，C、N、O等輕原子無法觀察到。STEM環(huán)形明場（ABF）像雖然能觀察到輕元素，但ABF圖像無法直接解讀，而且存在對樣品厚度要求高、圖像信噪比不佳等問題。為了解決以上問題，賽默飛提出并發(fā)展了積分差分相位襯度（iDPC）技術(shù)。iDPC這一全新STEM成像模式的出現(xiàn)，大大提高了透射電子顯微鏡捕獲原子的能力。iDPC技術(shù)具有能實(shí)現(xiàn)輕重原子同時(shí)成像，能實(shí)現(xiàn)低電子劑量，高分辨和高信噪比成像，圖像襯度易解讀等優(yōu)點(diǎn)^[3]。目前，iDPC技術(shù)已成為材料表征領(lǐng)域技術(shù)熱點(diǎn)，在表征輕元素占位、二維材料、電子束敏感材料、超導(dǎo)體等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。iDPC成像技術(shù)現(xiàn)已完全集成在賽默飛球差校正電鏡Spectra和場發(fā)射電鏡Talos上，能實(shí)現(xiàn)iDPC圖像的在線采集和顯示。

圖2為YBa₂Cu₃O_6.0、YBa₂Cu₃O_6.5和YBa₂Cu₃O_6.9的高分辨iDPC圖像，可以清楚的觀察到氧原子的位置，隨著氧摻雜含量的不同，Cu-O鏈上的氧占位逐漸增加。值得注意的是贗能隙態(tài)YBa₂Cu₃O_6.5的Cu-O鏈上出現(xiàn)了氧富集和氧缺失的有序排列。作者認(rèn)為這種氧的有序排列有利于拓?fù)浯艤u旋結(jié)構(gòu)沿c軸自由排列，是觀察磁渦旋結(jié)構(gòu)的最佳區(qū)域。作者認(rèn)為現(xiàn)階段不能完全排除氧填充鏈激發(fā)磁性的可能。