據(jù)國外媒體報(bào)道，美國科學(xué)家近日在《自然》雜志上發(fā)表最新研究成果稱，他們利用掃描電子顯微鏡對一個(gè)直徑僅約8.4納米的粒子進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)了其中23000多個(gè)原子的精確位置。研究人員表示，這是科學(xué)家首次觀測到一個(gè)粒子中眾多單個(gè)原子的精確位置。
研究團(tuán)隊(duì)由美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家彼備-埃爾克斯和美國加州大學(xué)洛杉磯分?？茖W(xué)家苗建偉等人組成。工作人員介紹說，實(shí)驗(yàn)中觀測到的這個(gè)粒子由鐵和鉑組成，直徑僅約8.4納米（十億分之一米）。為什么很多人會關(guān)注小小的原子位置呢？在相關(guān)會議上，德國杜伊斯堡-埃森大學(xué)物理學(xué)家邁克爾-法爾勒解釋說，“在納米層級，每一個(gè)原子都是看得到數(shù)得清。在一個(gè)鐵鉑納米粒子中，只需改變少數(shù)幾個(gè)鐵和鉑原子的相對位置，就有可能引起該粒子屬性產(chǎn)生重大變化，比如粒子對磁場的反應(yīng)。”
研究人員介紹了實(shí)驗(yàn)的經(jīng)過。在一個(gè)掃描電子顯微鏡下，一束電子束穿過一個(gè)物體的表面并形成顯微圖像。研究人員甚至可以看得到非常微妙的物質(zhì)細(xì)節(jié)，比如晶體和蛋白質(zhì)分子等。法爾勒介紹說，“現(xiàn)在有許多強(qiáng)大的技術(shù)來描繪出晶體的結(jié)構(gòu)，但這些晶體必須要是完美的晶體?！蓖ǔＧ闆r下，此類電子顯微鏡一般用于觀測晶體或其它較大分子。研究人員用電子束照射樣本，當(dāng)電子從樣本的原子上彈射開來時(shí)，會碰觸一個(gè)探測器。研究人員由此判斷電子所處的位置，進(jìn)而了解到晶體或分子中原子的分布情況。
埃爾克斯介紹說，問題在于所形成的圖像是利用平均數(shù)據(jù)形成的，這需要對許多原子和分子進(jìn)行觀測才能得到。換句話說，研究人員所看到的圖像只能了解原子的大概分布情況，而無法確定每一個(gè)原子的位置。鐵鉑納米粒子是一種不規(guī)則晶體，常用的掃描方法對它們不起作用，因?yàn)槠渲械脑邮且砸环N獨(dú)特的甚至是輕微不規(guī)則的方式分布的。因此，埃爾克斯等人想到了一種使用電子顯微鏡的新方法，他們決定從不同的角度來觀測這個(gè)鐵鉑粒子。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究人員改變了樣本的準(zhǔn)備方式。在實(shí)驗(yàn)中，樣本并不是按常規(guī)放置，而是被置于一個(gè)特殊的底座上，而這個(gè)底座可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，這樣就可以讓鐵鉑粒子產(chǎn)生傾斜，并且在電子束的每一次掃描拍攝后，方向會產(chǎn)生輕微的變化。其它方面，研究人員都是按常規(guī)方法去完成整個(gè)程序。這一細(xì)小的變化產(chǎn)生了較好的效果，不同的方向形成了不同的掃描圖像。研究人員再對這些圖像進(jìn)行計(jì)算，從而得到了這個(gè)納米粒子中6569個(gè)鐵原子和16627個(gè)鉑原子的精確位置。這一過程其實(shí)與從不同角度形成物體3D模型的過程很相似。法爾勒表示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果中原子位置的精確度可達(dá)一個(gè)原子直徑的十分之一。
研究人員認(rèn)為，得到如此精確的圖像將來或許可以幫助材料科學(xué)家制造納米尺寸應(yīng)用結(jié)構(gòu)，如硬盤驅(qū)動器等。埃爾克斯表示，“所有晶體都有缺點(diǎn)。如果它們的納米粒子中存在這些怪異的缺點(diǎn)，現(xiàn)在就可以清楚地看到它們以及了解它們之間究竟是如何相互影響的?！绷私饷恳粋€(gè)原子之間的確切位置將可以幫助科學(xué)家預(yù)測一個(gè)晶體是如何生成的。埃爾克斯介紹說，現(xiàn)在材料科學(xué)家在進(jìn)行模擬試驗(yàn)時(shí)，他們不得不預(yù)先假設(shè)一種晶體是以某種特定方式生成的，這樣的假設(shè)引導(dǎo)著他們接下來的預(yù)測。如果他們能夠清楚這些原子的確切位置，就可以作出更為準(zhǔn)確的預(yù)測。
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