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顯微鏡下原子內部電場現形 未來或可直接觀察原子結合過程

點擊次數:1722 更新時間:2017-06-12

[導讀] 日本東京大學柴田直哉準教授領導的研究小組,利用目前先進的掃描透射電子顯微鏡(STEM)和多分區檢測器,成功觀測到金原子內部電場的分布情況——該電場分布在原子核與電子云之間不到0.1納米的區域內。成果對觀察原子內部精密結構極為重要,使未來直接觀察原子間如何結合成為可能。

  日本東京大學柴田直哉準教授領導的研究小組,利用目前先進的掃描透射電子顯微鏡(STEM)和多分區檢測器,成功觀測到金原子內部電場的分布情況——該電場分布在原子核與電子云之間不到0.1納米的區域內。成果對觀察原子內部精密結構極為重要,使未來直接觀察原子間如何結合成為可能。

  掃描透射電子顯微鏡電子探針的大小決定對影像的分辨能力,目前先進鏡片技術的影像分辨力可達0.05納米以下。電子探針可以檢測出由原子產生的散射信號,因此可實現原子可視化。盡管到目前為止,電子顯微鏡可觀測到原子,但直接觀察原子內部結構(原子核及電子云)卻極為困難。

  研究小組使用分辨能力達0.05納米以下的掃描透射電子顯微鏡和他們開發的多分區檢測器,對一個金原子內部進行觀測,結果發現,在帶正電荷的原子核與帶負電荷的電子云之間電場的影響下,電子束的行進角度和位置發生了變化,從而直接觀察到了原子內部的電場分布,成功捕捉到了原子內部電場從原子核向電子云方向涌動的情形。

  目前,電子顯微鏡廣泛應用于物理化學、電子信息工程學、材料科學、生命科學等基礎研究領域;也在半導體設備、醫療、信息通信、能源等產業“大顯身手”。提高電子顯微鏡的性能,對納米技術研究尤為重要。該研究小組的下一步計劃是,挑戰直接觀察原子間如何結合這一難題。

  該成果發表在近日出版的《自然·通訊》網絡版上。

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