剑桥研究团队介绍可实时追踪单个原子运动的新技术
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。
来自: cnBeta