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显微镜下原子内部电场首次现形 未来或可直接观察原子结合过程

2017-06-12 11:32
kumsing
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日本东京大学柴田直哉准教授领导的研究小组,利用目前最先进的扫描透射电子显微镜(STEM)和多分区检测器,首次成功观测到金原子内部电场的分布情况——该电场分布在原子核与电子云之间不到0.1纳米的区域内。最新成果对观察原子内部精密结构极为重要,使未来直接观察原子间如何结合成为可能。

扫描透射电子显微镜电子探针的大小决定对影像的分辨能力,目前最先进镜片技术的影像分辨力可达0.05纳米以下。电子探针可以检测出由原子产生的散射信号,因此可实现原子可视化。尽管到目前为止,电子显微镜可观测到原子,但直接观察原子内部结构(原子核及电子云)却极为困难。

研究小组使用分辨能力达0.05纳米以下的扫描透射电子显微镜和他们开发的多分区检测器,对一个金原子内部进行观测,结果发现,在带正电荷的原子核与带负电荷的电子云之间电场的影响下,电子束的行进角度和位置发生了变化,从而直接观察到了原子内部的电场分布,成功捕捉到了原子内部电场从原子核向电子云方向涌动的情形。

目前,电子显微镜广泛应用于物理化学、电子信息工程学、材料科学、生命科学等尖端基础研究领域;也在半导体设备、医疗、信息通信、能源等产业“大显身手”。提高电子显微镜的性能,对纳米技术研究尤为重要。该研究小组的下一步计划是,挑战直接观察原子间如何联系结合这一难题。

该成果发表在近日出版的《自然·通讯》网络版上。

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