球差扫描透射电子显微镜因其超高空间超高能量分辨率，现已成为探索纳米功能材料的亚原子结构和谱学物性不可或缺的一种研究手段。利用低电压球差校正扫描透射电子显微镜环形暗场像及其他灵活的成像方式，系统实现了在亚埃尺度对低维量子的原子结构、应力场、化学环境等的无损表征。通过调控电子束与二维材料的能量和动能转换，实现了对二维材料系列缺陷、晶界、位错等拓扑结构的表征、设计与原位构筑。首次利用电子束辐照合成出单金属空位、单层金属薄膜以及位错自修复等。利用图像深度学习方法，突破球差电镜的分辨率极限，首次探测到旋转二维材料中的皮米级应力场。因此，皮米级聚焦电子束不仅是解析低维材料原子结构的强大工具，还可以提供新的机会，在亚埃尺度下调控和修饰低维材料。