纳米管使第一个量子观测成核的婴儿的步骤

一个聪明的方法使得研究人员形象的成核和增长铁,黄金和铼实时粒子在sub-nanometre级别——第一次这曾被观察到在这样的细节。¹的策略,结合使用单壁碳纳米管(纳米)试管,非晶碳作为一个和一个原子注入器透射电子显微镜作为能量来源和成像工具,可以提供重要的材料科学家的见解。成核的初始步骤严格确定晶体的结构和大小分布和功能性质的材料,”说Ute凯撒德国乌尔姆大学领导这项研究安德烈Khlobystov来自英国诺丁汉大学的。

地理虽然几个技术,包括x射线衍射、原子力显微镜和光学显微镜,已经用于研究金属成核,一个自动准确的描述这一过程的初始阶段是失踪。Liquid-cell透射电子显微镜(TEM)最近被用于图像与高分辨率的金纳米晶体的成核和生长,²但liquid-cell窗口和困难的材料控制过程的位置和速度的有限的原子尺度的观测。这些方法可以监视成核过程在最初的阶段,”指出皇帝。这是第一次,一个金属的成核,只有几个原子开始,已经直接观察到原子尺度。”

新方法,团队能够研究晶体形成三个不同的系统:直接从一个原子铁种子,从一个已存在的非晶纳米金和聚结的两个sub-nanometre铼集群。他们发现,在所有情况下,晶体核是通过一个两步机制形成的。这涉及到的初始形成一种无形的“先驱”阶段,然后取代一个更加稳定的结晶相,“凯萨解释道。研究了金属,关键尺寸的前体低于2海里。

在他们的实验中,科学家们使用纳米管的直径约1.5纳米封装金属原子和集群和应用低压aberration-corrected TEM研究过程。原子的运动和集群和成核过程是刺激,同时由电子束成像,”皇帝说。我们使用非晶碳作为一个“原子注入器”,“她补充道。Kaiser解释说,这些移动碳簇,从二茂铁中解放出来,作为车辆可以携带新金属原子成核的网站。

扫罗Aloni在美国劳伦斯伯克利国家实验室,他并没有参与这项研究,指出,一个稳定的晶体的形成涉及很多步骤。“最困难的部分过程遵循几类和原子一般大小的形成集群和集群的内部重组形成一个有序的晶体,”他说。这是第一次,这个过程一直跟着亚原子分辨率。Aloni补充说,被困的主要挑战包括成核过程及其产品在一个定义良好的空间。需要支持的集群或嵌入式而使集群内的单个原子的运动和向他们。作者实现了通过限制碳纳米管的成核过程,而作为最小的试管。

凯瑟说,纳米管只有一个原子厚,因此这种试验的一个理想的选择。通过他们,我们给的成核过程相对简单、透明的环境原位TEM调查,帮助我们达到一个前所未有的空间分辨率。