據(jù)國外媒體報道，美國科學家近日在《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直徑僅約8.4納米的粒子進行分析時，發(fā)現(xiàn)了其中23000多個原子的精確位置。研究人員表示，這是科學家首次觀測到一個粒子中眾多單個原子的精確位置。
研究團隊由美國勞倫斯伯克利國家實驗室科學家彼備-埃爾克斯和美國加州大學洛杉磯分?？茖W家苗建偉等人組成。工作人員介紹說，實驗中觀測到的這個粒子由鐵和鉑組成，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-埃森大學物理學家邁克爾-法爾勒解釋說，“在納米層級，每一個原子都是看得到數(shù)得清。在一個鐵鉑納米粒子中，只需改變少數(shù)幾個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?！?/p>
研究人員介紹了實驗的經(jīng)過。在一個掃描電子顯微鏡下，一束電子束穿過一個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，當電子從樣本的原子上彈射開來時，會碰觸一個探測器。研究人員由此判斷電子所處的位置，進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，因為其中的原子是以一種獨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鐵鉑粒子。
為了實現(xiàn)這一目標，研究人員改變了樣本的準備方式。在實驗中，樣本并不是按常規(guī)放置，而是被置于一個特殊的底座上，而這個底座可以進行旋轉(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)方法去完成整個程序。這一細小的變化產(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行計算，從而得到了這個納米粒子中6569個鐵原子和16627個鉑原子的精確位置。這一過程其實與從不同角度形成物體3D模型的過程很相似。法爾勒表示，實驗結(jié)果中原子位置的精確度可達一個原子直徑的十分之一。
研究人員認為，得到如此精確的圖像將來或許可以幫助材料科學家制造納米尺寸應用結(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。如果它們的納米粒子中存在這些怪異的缺點，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€原子之間的確切位置將可以幫助科學家預測一個晶體是如何生成的。埃爾克斯介紹說，現(xiàn)在材料科學家在進行模擬試驗時，他們不得不預先假設(shè)一種晶體是以某種特定方式生成的，這樣的假設(shè)引導著他們接下來的預測。如果他們能夠清楚這些原子的確切位置，就可以作出更為準確的預測。
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