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剑桥研究团队介绍可实时追踪单个原子运动的新技术

  来自剑桥大学的一支研究团队,刚刚在发表于《物理评论快报》上的一篇文章中介绍了他们是如何捕获原子的运动、且速度较传统显微镜快了八个数量级。  SCI Tech Daily 指出,研究人员使用了类似于核磁共振成像(MRI)的技术来实时追踪单个原子的运动。此外这些原子聚集在一起形成了二维材料,因而只有单层原子的厚度。
  研究配图 - 1:传统 0.09ML 衍射扫描
  研究团队称,这项技术或推动新型材料设计和量子技术设备的发展。据悉,以石墨烯为代表的二维材料具有独特的性能(比如出色的导电性和强度),有着改善现有装置和新设备性能的巨大潜力。
  此外从生物传感、药物输送、到量子信息 / 量子计算,二维材料具有相当广阔的应用前景。不过为了让二维材料发挥最佳的潜力,我们还需要通过可控的生长过程来微调它们的性能。
  研究资深作者、来自剑桥大学卡文迪许实验室的 Nadav Avidor 博士指出:“尽管这不是一项全新的技术,但此前从未有人将之用于测量二维材料的生长”。
  这些材料通常以原子的形式“跳跃”到支撑衬底上,直到附着于不断增长的簇上。如果能够对该过程进行快速有效的监测,科学家们就可以对材料品质有着更好的管控。
  研究配图 - 2:布里渊区边缘附近有着缓慢的衰减速率
  遗憾的是,对于大多数材料而言,该过程发生得实在太快、且温度相当之高,以至于只能通过冻结表面的快照来追踪进度。也就是只能捕捉到某个瞬间的画面,而不是整个过程。
  好消息是,剑桥研究团队刚刚实现了在工业温度区间的全程实时追踪。具体说来是,他们使用了一种被称作“氦自旋回波”的技术。过去 15 年里,该技术在剑桥得到了不断的发展。
  原理方面,它与磁共振成象(MRI)非常相似,只是换成了用氦原子束来“照亮”目标表面(类似于普通显微镜中的光源)。
  Nadav Avidor 博士补充道:“借助这项技术,我们可以在原子飞散时展开即时的、类似 MRI 的实验。想象该光源中的光子被瞄准到了样品上,然后又回到了你的眼中,就可以知晓样品发生了什么”。
  研究配图 - 3:基于边际贝叶斯方法的相对概率
  本次研究中,Nadav Avidor 及其同事使用了氦原子来代替光子,以观察样品表面到底发生了什么。通过氦与材料表面原子的相互作用,即可推断出表面物质的运动。
  研究人员使用在钌金属表面上移动的氧原子的测试样品,记录了氧簇的自发破裂和形成。其只有几个原子的大小,且这些原子在簇之间快速扩散。
  Nadav Avidor 表示,虽然谈不上是一项全新的技术,但此前从未试过将这种方法用于测量二维材料的生长。
  回顾光谱学的历史,基于光的探针技术已经彻底改变了我们的视野。但下一步,基于电子的探针,将为我们揭示更多的奥秘。
  【来源:cnBeta.COM】

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