據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)3月21日報道，美國科學(xué)家在3月22日出版的《自然》雜志上表示，他們發(fā)明了一種直接測量納米材料原子結(jié)構(gòu)的新方法，讓他們首次得以看見納米粒子內(nèi)部的情況，并獲得其單個原子及原子排列的三維圖像。最新研究有望大大改進(jìn)醫(yī)學(xué)和生物學(xué)等領(lǐng)域廣泛使用的X射線斷層照相術(shù)獲得圖像的清晰度和質(zhì)量。

　　加州大學(xué)洛杉磯分校物理學(xué)和天文學(xué)教授兼加州納米系統(tǒng)研究所研究員苗建偉（音譯）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)使用一個掃描透射電子顯微鏡，在一個直徑僅為10納米的微小金粒子上方掃射了一束狹窄的高能電子。這個金納米粒子由成千上萬個金原子組成，每個金原子的大小僅為人頭發(fā)絲寬度的百萬分之一，它們與通過其上的電子相互作用，產(chǎn)生的陰影包含有金納米粒子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息，這些陰影被投射到掃描鏡下方的一個探測器上。

　　研究小組從69個不同的角度進(jìn)行測量，將每個陰影產(chǎn)生的數(shù)據(jù)聚集在一起，形成了一個納米粒子內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)圖。使用這種名為電子斷層攝影術(shù)的方法，他們能直接看到單個原子的情況以及單個原子在特定的金納米粒子內(nèi)的位置。

　　目前，X射線晶體照相術(shù)是讓分子結(jié)構(gòu)內(nèi)的原子三維可視化的主要方法。然而，這一方法需要測量很多幾乎完全一樣的樣本，然后再將得到的結(jié)果平均。苗建偉說：“一般平均需要掃描數(shù)萬億個分子，這會導(dǎo)致很多信息丟失。而且，自然界中的大部分物質(zhì)都是結(jié)構(gòu)不如晶體結(jié)構(gòu)那么有序的非晶體。”他表示：“現(xiàn)有技術(shù)主要針對晶體結(jié)構(gòu)，目前還沒有直接觀察非晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部原子的三維情況的技術(shù)。探索非晶體材料的內(nèi)部情況非常重要，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)上一點(diǎn)小小的變化都會大大改變材料的電學(xué)屬性。例如，半導(dǎo)體內(nèi)部隱藏的瑕疵會影響其性能，而新方法會讓這些瑕疵無所遁形。”

　　苗建偉和他的同事已經(jīng)證明，他們能為一個并非完美的晶體結(jié)構(gòu)（比如金納米粒子）攝像，晶體可小至0.24納米，一個金原子的平均大小為0.28納米。實(shí)驗(yàn)中的金納米粒子由幾個不同的晶粒組成，每個晶粒形成一塊拼圖，其中的原子采用些許不同的模式排列。納米結(jié)構(gòu)具有隱藏的晶體斷片和邊界，同由單一晶體結(jié)構(gòu)組成的物質(zhì)不同，新方法首次在三維層面實(shí)現(xiàn)了納米粒子的內(nèi)部可視化。