美国开发可揭示纳米晶体原子结构新方法
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| 时间：2009-03-02 17:41:30 来源： 作者： |
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美国研究人员开发出一种可克服衍射极限的新方法，能以不到1埃米(1埃米为1厘米的一亿分之一)的分辨率展现出一个单一晶体的原子结构。该项研究成果发表在2月份的《自然?物理学》杂志上。
量子点的光电特性基于它们的电子结构，尽管科学家已能计算出电子的结构，但还需知道原子的位置才能对它们的光电特性进行精确计算。而位置信息的获取对于像量子点这样的纳米晶体还是一个挑战。要绘制出某种单一晶体的原子的方位就需要靠衍射图样提供线索，由于量子点太小，由它单独提供的线索就显得远远不够。
通过将图像及取自相同电子显微镜下的衍射图样这两种信息资源结合，美国伊利诺伊大学研究人员终于成功地实现了从未达到过的次埃米(sub-angstrom)级的结构分辨率。论文通讯作者，该校材料科学与工程系教授左建民(音译)称，研究证明，对于硫化镉纳米晶体来说，图像分辨率的此种改善可使其原子结构的测定得以实现。
来自电子显微镜的图像可分辨出纳米晶体中的个别原子，但是这些原子很快就遭受到辐射损伤，从而限制了观测时间。X射线衍射图样可用来测定大晶体的结构，但由于纳米晶体太小而且无法实现良好的衍射，这种方法也无法很好的用于纳米晶体的测定。
为达到次埃米级的分辨率，左教授和同事开发出一种迭代算法，以处理和混合取自同一部穿透式电子显微镜的低分辨率图像的形态信息和高分辨率衍射图样的结构信息。
左教授表示，低分辨率图像通过提供中央光束中所缺失的信息而提供了起始点，同时也为衍射图样的排列提供了必要的标记，这样利用相位迭代算法就可重构图像。
为了证实此项技术，研究人员对硫化镉量子点进行了重新观测。硫化镉量子点在太阳能转化及医学成像中具有潜在的应用价值。之所以选择硫化镉，是基于其根据大小可变的光电特性及原子结构在这些特性上的重要性。研究人员发现，利用迭代算法，镉与硫原子柱(atomiccolumns)之间的最小间隔为0.84 埃米。
左教授表示，因为低分辨率图像能由不同来源取得，因此该技术具有通用性，可用于像界面与局部缺陷的非周期性结构，也为单一纳米粒子的三维结构成像打下了基础。
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