我國學者研制出可觀測原子圖像的“防震”顯微鏡

新華社合肥7月3日電（記者 徐海濤）對物質(zhì)進行原子級別的觀測，是很多前沿性科研的基礎。近期，中科院合肥物質(zhì)科學研究院陸輕鈾研究員團隊使用新技術(shù)，在國際上首次研制出混合磁體極端條件下的原子分辨率掃描隧道顯微鏡，可在強震動環(huán)境中獲取高質(zhì)量的原子分辨率圖像。

強磁場是探索科學前沿的一種極端實驗條件，在發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、催生新技術(shù)方面具有不可替代的作用，自1913年以來在高溫超導、量子材料、生命科學等領域?qū)矣兄卮蟀l(fā)現(xiàn)，已有19項相關(guān)成果獲得諾貝爾獎。

2017年我國在合肥建成重大科技基礎設施“穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置”，該裝置擁有3臺場強創(chuàng)世界紀錄的水冷磁體，以及場強排名全球第二的混合磁體。但由于混合磁體運行過程中產(chǎn)生的強震動干擾，只能用其開展宏觀尺度的觀測，難以實現(xiàn)微觀尺度的觀測。

“追蹤一個原子，要求觀測儀器極其穩(wěn)定，稍微晃動一下，原子就會在茫茫的微觀世界中消失難覓。”陸輕鈾說。

近期，陸輕鈾團隊基于小尺寸的“蜘蛛馬達”，用新方法設計出一種新型原子分辨率掃描隧道顯微鏡。它采用藍寶石絕緣材料加工，外徑僅8.8毫米，可直接插入到混合磁體的孔徑中并真空密封。經(jīng)測試，他們成功地在混合磁體30特斯拉的超強磁場下，獲得了石墨的高品質(zhì)原子分辨率圖像。

以上技術(shù)方案是在真空環(huán)境下實現(xiàn)的，難以對活性生物體進行觀測。為此，陸輕鈾團隊進一步深入研究，又成功搭建出一套室溫大氣環(huán)境下的抗惡劣條件掃描隧道顯微鏡。經(jīng)測試，可在27.5特斯拉的混合磁體超強磁場下實現(xiàn)原子分辨率成像。

日前，國際知名學術(shù)期刊《超顯微術(shù)》和《科學儀器評論》分別發(fā)表了這兩項研究成果。