美首次獲得納米粒子內(nèi)單原子三維圖像

據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)3月21日?qǐng)?bào)道，美國科學(xué)家在3月22日出版的《自然》雜志上表示，他們發(fā)明了一種直接測(cè)量納米材料原子結(jié)構(gòu)的新方法，讓他們首次得以看見納米粒子內(nèi)部的情況，并獲得其單個(gè)原子及原子排列的三維圖像。最新研究有望大大改進(jìn)醫(yī)學(xué)和生物學(xué)等領(lǐng)域廣泛使用的X射線斷層照相術(shù)獲得圖像的清晰度和質(zhì)量。

加州大學(xué)洛杉磯分校物理學(xué)和天文學(xué)教授兼加州納米系統(tǒng)研究所研究員苗建偉（音譯）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)使用一個(gè)掃描透射電子顯微鏡，在一個(gè)直徑僅為10nm的微小金粒子上方掃射了一束狹窄的高能電子。這個(gè)金納米粒子由成千上萬個(gè)金原子組成，每個(gè)金原子的大小僅為人頭發(fā)絲寬度的百萬分之一，它們與通過其上的電子相互作用，產(chǎn)生的陰影包含有金納米粒子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息，這些陰影被投射到掃描鏡下方的一個(gè)探測(cè)器上。

研究小組從69個(gè)不同的角度進(jìn)行測(cè)量，將每個(gè)陰影產(chǎn)生的數(shù)據(jù)聚集在一起，形成了一個(gè)納米粒子內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)圖。使用這種名為電子斷層攝影術(shù)的方法，他們能直接看到單個(gè)原子的情況以及單個(gè)原子在特定的金納米粒子內(nèi)的位置。

目前，X射線晶體照相術(shù)是讓分子結(jié)構(gòu)內(nèi)的原子三維可視化的主要方法。然而，這一方法需要測(cè)量很多幾乎完全一樣的樣本，然后再將得到的結(jié)果平均。苗建偉說：“一般平均需要掃描數(shù)萬億個(gè)分子，這會(huì)導(dǎo)致很多信息丟失。而且，自然界中的大部分物質(zhì)都是結(jié)構(gòu)不如晶體結(jié)構(gòu)那么有序的非晶體。”他表示：“現(xiàn)有技術(shù)主要針對(duì)晶體結(jié)構(gòu)，目前還沒有直接觀察非晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部原子的三維情況的技術(shù)。探索非晶體材料的內(nèi)部情況非常重要，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)上一點(diǎn)小小的變化都會(huì)大大改變材料的電學(xué)屬性。例如，半導(dǎo)體內(nèi)部隱藏的瑕疵會(huì)影響其性能，而新方法會(huì)讓這些瑕疵無所遁形?！?/p>

苗建偉和他的同事已經(jīng)證明，他們能為一個(gè)并非完美的晶體結(jié)構(gòu)（比如金納米粒子）攝像，晶體可小至0.24nm，一個(gè)金原子的平均大小為0.28nm。實(shí)驗(yàn)中的金納米粒子由幾個(gè)不同的晶粒組成，每個(gè)晶粒形成一塊拼圖，其中的原子采用些許不同的模式排列。納米結(jié)構(gòu)具有隱藏的晶體斷片和邊界，同由單一晶體結(jié)構(gòu)組成的物質(zhì)不同，新方法首次在三維層面實(shí)現(xiàn)了納米粒子的內(nèi)部可視化。

（摘自《科技日?qǐng)?bào)》）