球差掃描透射電子顯微鏡因其超高空間超高能量分辨率，現已成為探索納米功能材料的亞原子結構和譜學物性不可或缺的一種研究手段。利用低電壓球差校正掃描透射電子顯微鏡環形暗場像及其他靈活的成像方式，系統實現了在亞埃尺度對低維量子的原子結構、應力場、化學環境等的無損表征。通過調控電子束與二維材料的能量和動能轉換，實現了對二維材料系列缺陷、晶界、位錯等拓撲結構的表征、設計與原位構築。首次利用電子束輻照合成出單金屬空位、單層金屬薄膜以及位錯自修複等。利用圖像深度學習方法，突破球差電鏡的分辨率極限，首次探測到旋轉二維材料中的皮米級應力場。因此，皮米級聚焦電子束不僅是解析低維材料原子結構的強大工具，還可以提供新的機會，在亞埃尺度下調控和修飾低維材料。