We report the application of focused probe ptychography using binary 4D datasets obtained using scanning transmission electron microscopy (STEM). Modern fast pixelated detectors have enabled imaging of individual convergent beam electron diffraction patterns in a STEM raster scan at frame rates in the range of 1000–8000 Hz using conventional counting modes. Changing the bit depth of a counting detector, such that only values of 0 or 1 can be recorded at each pixel, allows one to decrease the dwell time and increase the frame rate to 12.5 kHz, reducing the electron exposure of the sample for a given beam current. Atomically resolved phase contrast of an aluminosilicate zeolite (ZSM-5) is observed from sparse diffraction patterns with isolated individual electrons, demonstrating the potential of binary ptychography as a low-dose 4D STEM technique.

1.
J. G.
Lozano
,
G. T.
Martinez
,
L.
Jin
,
P. D.
Nellist
, and
P. G.
Bruce
,
Nano Lett.
18
,
6850
6855
(
2018
).
2.
M. U.
Rothmann
,
W.
Li
,
J.
Etheridge
, and
Y.-B.
Cheng
,
Adv. Energy Mater.
7
,
1700912
(
2017
).
3.
D.
Zhang
,
Y.
Zhu
,
L.
Liu
,
X.
Ying
,
C.
Hsiung
,
R.
Sougrat
,
K.
Li
, and
Y.
Han
,
Science
359
,
675
679
(
2018
).
4.
L.
Liu
,
Z.
Chen
,
J.
Wang
,
D.
Zhang
,
Y.
Zhu
,
S.
Ling
,
K.
Huang
,
Y.
Belmabkhout
,
A.
Karim
,
Y.
Zhang
,
B.
Slater
,
E.
Mohamed
, and
Y.
Han
,
Nat. Chem.
11
,
622
628
(
2019
).
5.
O.
Scherzer
,
J. Appl. Phys.
20
,
20
29
(
1949
).
7.
A.
Varambhia
,
L.
Jones
,
A.
De Backer
,
V.
Fauske
,
S.
Van Aert
,
D.
Ozkaya
,
S.
Lozano‐Perez
, and
P.
Nellist
, in
European Microscopy Congress 2016: Proceedings
(
2016
), pp.
537
538
.
8.
N.
Shibata
,
S. D.
Findlay
,
Y.
Kohno
,
H.
Sawada
,
Y.
Kondo
, and
Y.
Ikuhara
,
Nat. Phys.
8
,
611
615
(
2012
).
9.
I.
Lazić
,
E. G. T.
Bosch
, and
S.
Lazar
,
Ultramicroscopy
160
,
265
280
(
2016
).
10.
Y.
Jiang
,
Z.
Chen
,
Y.
Han
,
P.
Deb
,
H.
Gao
,
S.
Xie
,
P.
Purohit
,
M. W.
Tate
,
J.
Park
,
S. M.
Gruner
,
V.
Elser
, and
D. A.
Muller
,
Nature
559
,
343
349
(
2018
).
11.
M. J.
Humphry
,
B.
Kraus
,
A. C.
Hurst
,
A. M.
Maiden
, and
J. M.
Rodenburg
,
Nat. Commun.
3
,
730
(
2012
).
12.
H.
Yang
,
R. N.
Rutte
,
L.
Jones
,
M.
Simson
,
R.
Sagawa
,
H.
Ryll
,
M.
Huth
,
T. J.
Pennycook
,
M. L. H.
Green
,
H.
Soltau
,
Y.
Kondo
,
B. G.
Davis
, and
P. D.
Nellist
,
Nat. Commun.
7
,
12532
(
2016
).
13.
S. D.
Findlay
,
R.
Huang
,
R.
Ishikawa
,
N.
Shibata
, and
Y.
Ikuhara
,
Microscopy
66
,
3
14
(
2017
).
14.
T.
Seki
,
Y.
Ikuhara
, and
N.
Shibata
,
Ultramicroscopy
193
,
118
125
(
2018
).
15.
J.
Song
,
C. S.
Allen
,
S.
Gao
,
C.
Huang
,
H.
Sawada
,
X.
Pan
,
J.
Warner
,
P.
Wang
, and
A. I.
Kirkland
,
Sci. Rep.
9
,
3919
(
2019
).
16.
J. M.
Rodenburg
and
R. H. T.
Bates
,
Philos. Trans. R. Soc., A
339
,
521
553
(
1992
).
17.
J. M.
Rodenburg
,
B. C.
McCallum
, and
P. D.
Nellist
,
Ultramicroscopy
48
,
304
314
(
1993
).
18.
P. D.
Nellist
,
B. C.
McCallum
, and
J. M.
Rodenburg
,
Nature
374
,
630
632
(
1995
).
19.
T.
Plamann
and
J. M.
Rodenburg
,
Acta Crystallogr., Sect. A
54
,
61
73
(
1998
).
20.
J. M.
Rodenburg
and
H. M. L.
Faulkner
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
4795
4797
(
2004
).
21.
A. M.
Maiden
and
J. M.
Rodenburg
,
Ultramicroscopy
109
,
1256
1262
(
2009
).
22.
H.
Ryll
,
M.
Simson
,
R.
Hartmann
,
P.
Holl
,
M.
Huth
,
S.
Ihle
,
Y.
Kondo
,
P.
Kotula
,
A.
Liebel
,
K.
Müller-Caspary
,
A.
Rosenauer
,
R.
Sagawa
,
J.
Schmidt
,
H.
Soltau
, and
L.
Strüder
,
J. Instrum.
11
,
P04006
(
2016
).
23.
D. N.
Johnstone
,
C. S.
Allen
,
M.
Danaie
,
R. C. B.
Copley
,
J.
Brum
,
A. I.
Kirkland
, and
P. A.
Midgley
,
Microscopy Microanal.
25
(
S2
),
1746
1747
(
2019
).
24.
W.
Gao
,
C.
Addiego
,
H.
Wang
,
X.
Yan
,
Y.
Hou
,
D.
Ji
,
C.
Heikes
,
Y.
Zhang
,
L.
Li
,
H.
Huyan
,
T.
Blum
,
T.
Aoki
,
Y.
Nie
,
D. G.
Schlom
,
R.
Wu
, and
X.
Pan
,
Nature
575
,
480
484
(
2019
).
25.
G. T.
Martinez
,
T. C.
Naginey
,
L.
Jones
,
C. M.
O'Leary
,
T. J.
Pennycook
,
R. J.
Nicholls
,
J. R.
Yates
, and
P. D.
Nellist
, arXiv:1907.12974v1 (
2019
).
26.
E.
Liberti
,
G. T.
Martinez
,
C. M.
O'Leary
,
P. D.
Nellist
, and
A. I.
Kirkland
,
Microscopy Microanal.
25
(
S2
),
8
9
(
2019
).
27.
M.
Pan
and
P. A.
Crozier
,
Ultramicroscopy
48
,
332
340
(
1993
).
28.
K.
Yoshida
and
Y.
Sasaki
,
J. Electron Microsc.
62
,
369
375
(
2013
).
29.
J.
Ciston
,
I. J.
Johnson
,
B. R.
Draney
,
P.
Ercius
,
E.
Fong
,
A.
Goldschmidt
,
J. M.
Joseph
,
J. R.
Lee
,
A.
Mueller
,
C.
Ophus
,
A.
Selvarajan
,
D. E.
Skinner
,
T.
Stezelberger
,
C. S.
Tindall
,
A. M.
Minor
, and
P.
Denes
,
Microscopy Microanal.
25
(
S2
),
1930
1931
(
2019
).
30.
X.
Sang
and
J. M.
LeBeau
,
Ultramicroscopy
138
,
28
35
(
2014
).
31.
L.
Jones
,
H.
Yang
,
T. J.
Pennycook
,
M. S. J.
Marshall
,
S.
Van Aert
,
N. D.
Browning
,
M. R.
Castell
, and
P. D.
Nellist
,
Adv. Struct. Chem. Imaging
1
,
8
(
2015
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.