科学家首次辨明了23000多个原子的纳米颗粒中铁原子和铂原子的精确定位,而此纳米颗粒的体积小到可放进一个细胞中! 科学家辨明了6569个铁原子(红色)和16627(蓝色)个铂原子在铁铂纳米颗粒中的精确定位。版权:Colin Ophus and Florian Nickel
劳伦斯伯克利实验室的Peter Ercius和加州大学洛杉矶分校的Jianwei Miao等,用扫描电子显微镜检测了一个由铁和铂组成,长8.4纳米的颗粒(一纳米为十亿分之一米)。
BOBO查到Jianwei Miao教授曾就读于杭州大学和中科院
他们为什么要研究原子的位置?
据德国物理学家Michael Farle所说,在纳米水平,一个原子的改变就会影响物质的性质。例如在此纳米颗粒中改变一小部分铁原子和铂原子的相对位置,就会引起纳米颗粒对磁场响应的改变。
电子束光源的扫描电镜 扫描电子显微镜即是利用电子束作为光源轰击物体,检测电子散射获得图像,因而分辨率极高,可看到蛋白分子晶体等微小结构。辨别晶体结构的方法也很多,但都要求晶体纯度足够高。
原作者做了个形象的比喻,说电子轰击后散射就像子弹打到超人身上一样
电子触碰到物体之后,通过探测器捕获反射的电子,从而确定晶体或分子的结构和组成。 说到光源,我们可以复习一下BOBO之前介绍的“中国神光”:能给分子拍电影。
话说回来,既然可以实现,为何之前没有“看到”?
以往得到的图像是多个原子或分子平均的结果,因而只能反映一部分原子的排列,而不能分辨单个原子。
之前拍到的纳米颗粒中原子的组成是平均的结果, 不能定位到单个原子 而且铁和铂纳米粒子排列并不规律,因而一般的电子扫描并不适用,于是他们选择从不同方向观测铁-铂纳米颗粒。
研究者把纳米颗粒放置在一个可以旋转的基座上,每排一张照,就稍稍旋转基座,转换不同方向拍照。
播放GIF 类似这种旋转拍照 改变虽小,作用却很大,不同方向的电子散射信息汇集起来,就可以计算纳米颗粒中6569个铁原子和16627个铂原子的精确位置。
“看到”原子有何用处? “所有的晶体都有缺陷,”Ercius说,“但缺陷有时也有用。”
有了这些信息,材料科学家就可以操纵纳米结构,制成工业所需材料,例如硬盘驱动等。据 Ercius介绍,硬盘驱动的厂商希望制造出易被磁化,且可长时间保持磁场的晶体。
明确原子的排列位置也可让科学家预测晶体的生长方式。目前材料学家只能通过模拟晶体的生长,预测晶体生长,如果他们可以“看到”原子如何排列,预测将会精确许多。
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