一維單原子鏈等低維材料表現(xiàn)出奇異的性質(zhì)，可以找到有趣的應(yīng)用。但是，單原子鍵及其機(jī)械特性很難研究。在最近的一項(xiàng)研究中，JAIST的科學(xué)家展示了一種新穎的方法，該方法可以同時(shí)使用透射電子顯微鏡對(duì)單原子鉑鏈進(jìn)行成像，同時(shí)測(cè)量機(jī)械拉伸過程中的鍵合強(qiáng)度和電導(dǎo)率。該技術(shù)將有助于回答納米力學(xué)和表面科學(xué)領(lǐng)域的許多問題。

如今，許多經(jīng)過深入研究的材料領(lǐng)域，例如電子學(xué)和催化學(xué)已接近達(dá)到其實(shí)際極限。為了進(jìn)一步改進(jìn)現(xiàn)代技術(shù)并超越最先進(jìn)的設(shè)備，尋找新功能材料的研究人員必須突破界限，探索更多極端情況。一個(gè)明顯的例子是對(duì)低維材料的研究，例如單原子層(2D材料)和單原子鏈(1D材料)。

一次又一次地證明，低尺寸材料表現(xiàn)出其3D體對(duì)應(yīng)物所沒有的奇異特性。例如，金屬(如金和鉑(Pt))的單原子鏈可能會(huì)以實(shí)際應(yīng)用的方式展現(xiàn)某些量子現(xiàn)象(例如磁序或熱傳輸)的作用。但是，很難通過實(shí)驗(yàn)觀察由五個(gè)或更少原子組成的單原子鏈中發(fā)生了什么，并且單原子鍵的機(jī)械性能仍然難以捉摸。

為了解決這個(gè)問題，由科學(xué)技術(shù)高等研究院(JAIST)的大島佳史教授帶領(lǐng)的研究小組正在探索一種新穎而有前途的技術(shù)來測(cè)量單個(gè)原子鍵的強(qiáng)度。他們的最新研究發(fā)表在《納米快報(bào)》上，并展示了他們的策略。來自JAIST的研究人員(張博士，石冢博士，富森教授，前任教授和本鄉(xiāng)教授)以及金澤大學(xué)的荒井教授參與了研究。國際高級(jí)研究學(xué)院(SISSA)和Abdus Salam國際理論物理中心(ICTP)的Tosatti教授。

大島將這種新技術(shù)稱為“微觀納米力學(xué)測(cè)量方法”，它將透射電子顯微鏡(TEM)與石英長度延伸諧振器(LER)結(jié)合在一起。TEM是一種具有令人難以置信的高空間分辨率(足以分辨出單個(gè)原子)的成像技術(shù)，而LER是一種可以以十分之幾米的十分微小的振幅振蕩的設(shè)備，并用作力傳感器。

研究人員設(shè)計(jì)了一種實(shí)驗(yàn)裝置，其中將一個(gè)小的Pt接合點(diǎn)拉伸到其絕對(duì)斷裂點(diǎn)，也就是當(dāng)兩個(gè)Pt片段通過一個(gè)2至5個(gè)原子的單原子鏈連接時(shí)。通過仔細(xì)地對(duì)準(zhǔn)TEM中的零件，他們實(shí)時(shí)觀察到了單原子Pt鏈的形成和斷裂。此外，他們使用石英LER測(cè)量了整個(gè)鏈的電導(dǎo)及其剛度，從而成功地計(jì)算出各個(gè)Pt鍵的強(qiáng)度。“我們發(fā)現(xiàn)了紐帶單原子Pt鏈中的25 N / m的強(qiáng)度非常高，特別是與塊狀Pt晶體中通常發(fā)現(xiàn)的20 N / m相比，”張說。“此外，這些單原子鍵可以拉伸約24%它們的規(guī)則距離與大量Pt原子之間的鍵可以拉伸的5%形成鮮明的對(duì)比，”他補(bǔ)充說。

研究結(jié)果顯示了這種新穎技術(shù)探測(cè)單原子鏈鍵的潛力，這可能會(huì)導(dǎo)致人們對(duì)低維材料的界面或表面有更好的了解。大島強(qiáng)調(diào)說：“我們的方法可以極大地有助于先進(jìn)材料和催化劑的設(shè)計(jì)，并有助于從表面或界面納米力學(xué)的角度研究納米尺度的現(xiàn)象。” 反過來，更先進(jìn)的材料和對(duì)它們的表面特性的更好的理解無疑將推動(dòng)電子，化學(xué)和納米技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，從而為創(chuàng)新和希望的可持續(xù)設(shè)計(jì)鋪平道路。

“懸掛”一詞很可能很快在納米材料科學(xué)中獲得更積極的意義。

標(biāo)簽： 單個(gè)原子