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我国学者研制出可观测原子图像的“防震”显微镜

2024-03-22 07:34

对物质进行原子级别的观测，是很多前沿性科研的基础。近期，中科院合肥物质科学研究院陆轻铀研究员团队使用新技术，在国际上首次研制出混合磁体极端条件下的原子分辨率扫描隧道显微镜，可在强震动环境中获取高质量的原子分辨率图像。

强磁场是探索科学前沿的一种极端实验条件，在发现新现象、催生新技术方面具有不可替代的作用，自1913年以来在高温超导、量子材料、生命科学等领域屡有重大发现，已有19项相关成果获得诺贝尔奖。

2017年我国在合肥建成重大科技基础设施“稳态强磁场实验装置”，该装置拥有3台场强创世界纪录的水冷磁体，以及场强排名全球第二的混合磁体。但由于混合磁体运行过程中产生的强震动干扰，只能用其开展宏观尺度的观测，难以实现微观尺度的观测。

“追踪一个原子，要求观测仪器极其稳定，稍微晃动一下，原子就会在茫茫的微观世界中消失难觅。”陆轻铀说。

近期，陆轻铀团队基于小尺寸的“蜘蛛马达”，用新方法设计出一种新型原子分辨率扫描隧道显微镜。它采用蓝宝石绝缘材料加工，外径仅8.8毫米，可直接插入到混合磁体的孔径中并真空密封。经测试，他们成功地在混合磁体30特斯拉的超强磁场下，获得了石墨的高品质原子分辨率图像。

以上技术方案是在真空环境下实现的，难以对活性生物体进行观测。为此，陆轻铀团队进一步深入研究，又成功搭建出一套室温大气环境下的抗恶劣条件扫描隧道显微镜。经测试，可在27.5特斯拉的混合磁体超强磁场下实现原子分辨率成像。

日前，国际知名学术期刊《超显微术》和《科学仪器评论》分别发表了这两项研究成果。