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美首次获得纳米粒子内单原子三维图像

发布时间:2012年03月26日 14:37 | 进入复兴论坛 | 来源:中国科技网 | 手机看视频


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  中国科技网讯 据美国物理学家组织网3月21日报道,美国科学家在3月22日出版的《自然》杂志上表示,他们发明了一种直接测量纳米材料原子结构的新方法,让他们首次得以看见纳米粒子内部的情况,并获得其单个原子及原子排列的三维图像。最新研究有望大大改进医学和生物学等领域广泛使用的X射线断层照相术获得图像的清晰度和质量。

  加州大学洛杉矶分校物理学和天文学教授兼加州纳米系统研究所研究员苗建伟(音译)领导的团队使用一个扫描透射电子显微镜,在一个直径仅为10纳米的微小金粒子上方扫射了一束狭窄的高能电子。这个金纳米粒子由成千上万个金原子组成,每个金原子的大小仅为人头发丝宽度的百万分之一,它们与通过其上的电子相互作用,产生的阴影包含有金纳米粒子内部结构的信息,这些阴影被投射到扫描镜下方的一个探测器上。

  研究小组从69个不同的角度进行测量,将每个阴影产生的数据聚集在一起,形成了一个纳米粒子内部的三维结构图。使用这种名为电子断层摄影术的方法,他们能直接看到单个原子的情况以及单个原子在特定的金纳米粒子内的位置。

  目前,X射线晶体照相术是让分子结构内的原子三维可视化的主要方法。然而,这一方法需要测量很多几乎完全一样的样本,然后再将得到的结果平均。苗建伟说:“一般平均需要扫描数万亿个分子,这会导致很多信息丢失。而且,自然界中的大部分物质都是结构不如晶体结构那么有序的非晶体。”他表示:“现有技术主要针对晶体结构,目前还没有直接观察非晶体结构内部原子的三维情况的技术。探索非晶体材料的内部情况非常重要,因为结构上一点小小的变化都会大大改变材料的电学属性。例如,半导体内部隐藏的瑕疵会影响其性能,而新方法会让这些瑕疵无所遁形。”

  苗建伟和他的同事已经证明,他们能为一个并非完美的晶体结构(比如金纳米粒子)摄像,晶体可小至0.24纳米,一个金原子的平均大小为0.28纳米。实验中的金纳米粒子由几个不同的晶粒组成,每个晶粒形成一块拼图,其中的原子采用些许不同的模式排列。纳米结构具有隐藏的晶体断片和边界,同由单一晶体结构组成的物质不同,新方法首次在三维层面实现了纳米粒子的内部可视化。(刘霞)