美開發可揭示納米晶體原子結構新方法

時間：2024-10-26 05:34:38 職場動態我要投稿

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美開發可揭示納米晶體原子結構新方法

美國研究人員開發出一種可克服衍射極限的新方法，能以不到1埃米（1埃米為1厘米的一億分之一）的分辨率展現出一個單一晶體的原子結構。該項研究成果發表在2月份的《自然?物理學》雜志上。　　量子點的光電特性基于它們的電子結構，盡管科學家已能計算出電子的結構，但還需知道原子的位置才能對它們的光電特性進行精確計算。而位置信息的獲取對于像量子點這樣的納米晶體還是一個挑戰。要繪制出某種單一晶體的原子的方位就需要靠衍射圖樣提供線索，由于量子點太小，由它單獨提供的線索就顯得遠遠不夠。通過將圖像及取自相同電子顯微鏡下的衍射圖樣這兩種信息資源結合，美國伊利諾伊大學研究人員終于成功地實現了從未達到過的次埃米（sub-angstrom）級的結構分辨率。論文通訊作者，該校材料科學與工程系教授左建民（音譯）稱，研究證明，對于硫化鎘納米晶體來說，圖像分辨率的此種改善可使其原子結構的測定得以實現。來自電子顯微鏡的圖像可分辨出納米晶體中的個別原子，但是這些原子很快就遭受到輻射損傷，從而限制了觀測時間。X射線衍射圖樣可用來測定大晶體的結構，但由于納米晶體太小而且無法實現良好的衍射，這種方法也無法很好的用于納米晶體的測定。為達到次埃米級的分辨率，左教授和同事開發出一種迭代算法，以處理和混合取自同一部穿透式電子顯微鏡的低分辨率圖像的形態信息和高分辨率衍射圖樣的結構信息。左教授表示，低分辨率圖像通過提供中央光束中所缺失的信息而提供了起始點，同時也為衍射圖樣的排列提供了必要的標記，這樣利用相位迭代算法就可重構圖像。為了證實此項技術，研究人員對硫化鎘量子點進行了重新觀測。硫化鎘量子點在太陽能轉化及醫學成像中具有潛在的應用價值。之所以選擇硫化鎘，是基于其根據大小可變的光電特性及原子結構在這些特性上的重要性。研究人員發現，利用迭代算法，鎘與硫原子柱（atomiccolumns）之間的最小間隔為0.84埃米。左教授表示，因為低分辨率圖像能由不同來源取得，因此該技術具有通用性，可用于像界面與局部缺陷的非周期性結構，也為單一納米粒子的三維結構成像打下了基礎。

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