美國研(yán)究人(rén)員開發(fā)出一種可克服衍(yǎn)射極限的新方法(fǎ),能以不到1埃米(mǐ)(1埃米為1厘(lí)米的一億分之一)的分(fèn)辨(biàn)率展現出一(yī)個單一晶體的原子結構。該項研究成果發表在(zài)2月份的《自然?物理學》雜誌上。
量子(zǐ)點的光(guāng)電特性基於它們(men)的電子結構,盡管科學家已能計算(suàn)出電子的結構,但還需知道原子的位置才能對(duì)它們的光電特性進行精確計算。而位置信息的獲取對於像量子點這樣的納米晶體還是一(yī)個挑戰。要(yào)繪製出某種單一晶(jīng)體的原子的方位(wèi)就需要靠衍射圖(tú)樣提供線索,由於量子(zǐ)點太(tài)小,由它(tā)單獨提供的線索就顯得遠遠不夠。
通過將圖(tú)像及取自相同(tóng)電子顯微鏡下的衍射圖樣這兩種信(xìn)息資源結合,美國伊利諾伊大(dà)學(xué)研究(jiū)人員終於成功地實現了從未達(dá)到過的次埃米(sub-angstrom)級的結構分辨率。論文(wén)通訊作者,該校材料科學與工程係教授左建民(音譯)稱,研究證明(míng),對於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(yǐ)實現。
來自電子顯微鏡的圖像可分辨出納米晶(jīng)體中的個(gè)別(bié)原子,但是這(zhè)些原子很快就遭受到輻射損(sǔn)傷,從而限製了觀(guān)測時間。X射(shè)線衍射圖樣可用來測定大晶體的結構(gòu),但由於納米晶體太小而且無法實現良好的衍射,這種(zhǒng)方法也無法很好(hǎo)的用於納米晶體的測定。
為達到次埃米級的分辨率,左(zuǒ)教授和同事開發出一(yī)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(xìn)息和高分辨(biàn)率(lǜ)衍射圖樣的結構信息。
左教授表示,低分辨率圖像通過提(tí)供中央光束(shù)中所缺(quē)失的信息而提供(gòng)了起始點,同時也為衍射圖樣的排列(liè)提供了(le)必要(yào)的標記(jì),這樣利用相位迭代(dài)算法就可重構圖像。
為了證實此項技術,研究人員對硫(liú)化鎘(gé)量子(zǐ)點進行了重新觀測。硫化(huà)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(yǐ)選擇硫(liú)化鎘(gé),是基於其根據大小可變的光電特(tè)性(xìng)及原子結構在這些特性上(shàng)的重要性。研究人(rén)員發現,利用迭代(dài)算法,鎘與硫原子柱(atomiccolumns)之間的(de)最小間隔為0.84埃米。
左教授表示,因為低分辨(biàn)率圖像能由不(bú)同來(lái)源取得,因此該技術具有通用性,可用於像界麵(miàn)與局部缺陷的非周期性結構,也(yě)為單(dān)一納米粒子的(de)三維結構成像(xiàng)打下了基礎(chǔ)。
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更多>2018-10-12