对单个原子的链进行成像和探测

一维单原子链等低维材料表现出奇异的性质，可以找到有趣的应用。但是，单原子键及其机械特性很难研究。在最近的一项研究中，JAIST的科学家展示了一种新颖的方法，该方法可以同时使用透射电子显微镜对单原子铂链进行成像，同时测量机械拉伸过程中的键合强度和电导率。该技术将有助于回答纳米力学和表面科学领域的许多问题。

如今，许多经过深入研究的材料领域，例如电子学和催化学已接近达到其实际极限。为了进一步改进现代技术并超越最先进的设备，寻找新功能材料的研究人员必须突破界限，探索更多极端情况。一个明显的例子是对低维材料的研究，例如单原子层(2D材料)和单原子链(1D材料)。

一次又一次地证明，低尺寸材料表现出其3D体对应物所没有的奇异特性。例如，金属(如金和铂(Pt))的单原子链可能会以实际应用的方式展现某些量子现象(例如磁序或热传输)的作用。但是，很难通过实验观察由五个或更少原子组成的单原子链中发生了什么，并且单原子键的机械性能仍然难以捉摸。

为了解决这个问题，由科学技术高等研究院(JAIST)的大岛佳史教授带领的研究小组正在探索一种新颖而有前途的技术来测量单个原子键的强度。他们的最新研究发表在《纳米快报》上，并展示了他们的策略。来自JAIST的研究人员(张博士，石冢博士，富森教授，前任教授和本乡教授)以及金泽大学的荒井教授参与了研究。国际高级研究学院(SISSA)和Abdus Salam国际理论物理中心(ICTP)的Tosatti教授。

大岛将这种新技术称为“微观纳米力学测量方法”，它将透射电子显微镜(TEM)与石英长度延伸谐振器(LER)结合在一起。TEM是一种具有令人难以置信的高空间分辨率(足以分辨出单个原子)的成像技术，而LER是一种可以以十分之几米的十分微小的振幅振荡的设备，并用作力传感器。

研究人员设计了一种实验装置，其中将一个小的Pt接合点拉伸到其绝对断裂点，也就是当两个Pt片段通过一个2至5个原子的单原子链连接时。通过仔细地对准TEM中的零件，他们实时观察到了单原子Pt链的形成和断裂。此外，他们使用石英LER测量了整个链的电导及其刚度，从而成功地计算出各个Pt键的强度。“我们发现了纽带单原子Pt链中的25 N / m的强度非常高，特别是与块状Pt晶体中通常发现的20 N / m相比，”张说。“此外，这些单原子键可以拉伸约24%它们的规则距离与大量Pt原子之间的键可以拉伸的5%形成鲜明的对比，”他补充说。

研究结果显示了这种新颖技术探测单原子链键的潜力，这可能会导致人们对低维材料的界面或表面有更好的了解。大岛强调说：“我们的方法可以极大地有助于先进材料和催化剂的设计，并有助于从表面或界面纳米力学的角度研究纳米尺度的现象。” 反过来，更先进的材料和对它们的表面特性的更好的理解无疑将推动电子，化学和纳米技术领域的发展，从而为创新和希望的可持续设计铺平道路。

“悬挂”一词很可能很快在纳米材料科学中获得更积极的意义。

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