具有光、電、磁、熱等宏觀特性的功能材料在能源收集與轉換、傳感、計算和數據存儲等領域扮演著不可或缺的角色。探索功能材料的功能性起源以期進一步提高材料與器件的性能、設計新材料引起了研究人員的廣泛關注。功能材料的物性依賴于局域對稱性與場，其中對稱性可以由晶格、電荷、軌道與自旋四個基本自由度來描述。外場作用下的局域對稱性破缺總是伴隨著原子最近鄰、次近鄰晶格扭曲和電子結構變化，不僅導致功能材料特性的變化，同時由于晶格與電荷、軌道以及自旋之間復雜的相互作用，衍生出新的物理效應和新奇物性（如界面超導、磁電耦合、手性磁性）。因此，**測量局域對稱性破缺下的原子結構和電子結構是理解材料物性起因和實現功能性調控的關鍵。高空間分辨透射電子顯微學的發展使得原子尺度上表征點陣結構和電子結構成為可能，為建立功能材料局域結構與功能性之間的聯系提供了重要契機。 

近日，中國科學院物理研究所谷林研究員在Nano Select (DOI: 10.1002/nano.202000020)上發表題為“Origin of functionality for functional materials at atomic scale” 的綜述性文章，總結了**透射電子顯微學方法在探索功能材料功能性起源方面的研究進展。文章**根據局域對稱性和外場響應特征，將功能材料的功能性大致分為結構活性、熱活性、光活性、電活性以及磁活性五種基本類型，并系統論述了基本功能特性與晶格、電荷、軌道與自旋之間的內在聯系。隨后，通過選取**案例評述了高空間分辨測量局域對稱性破缺下的基本自由度在詮釋功能性起源方面的關鍵作用。最后，文章展望了該領域未來的研究方向和所面臨的挑戰，并強調了機器學習在透射電鏡數據處理、挖掘深層次結構與物性關聯方面的潛在前景。作者希望，文章的觀點和論述不僅能夠為理解功能材料的性能起源提供一種新思考角度，同時也為功能性調控提供科學依據。