http://www.physorg.com/news154189424.html
February 18th, 2009
一種由 Illinois 大學研究者所開發的新成像技術克服了繞射的限制，而且能以不到一埃（angstrom，A，1 x 10^-10 公尺，奈米是 1 x 10 ^-9 公尺）的解析度展現單一結晶體中原子的結構。
稱為量子點（quantum dots）之小型原子集合體（assemblages）的光與電特性倚賴它們的電子結構 -- 不僅僅是表面上的，也包括內部的。雖然科學家能記幻電子的結構，不過他們需要知道原子在何處以便能精確計算。
然而，對於像量子點的奈米結晶體而言，獲得這種資訊，已證明是一項挑戰。繪製出原子的位址需要繞射圖案所提供的線索。但量子點如此微小，單由繞射提供線索是不夠的。
藉由結合二種資訊來源 -- 影像以及取自於相同電子顯微鏡之繞射圖案 -- 在 U. of I. 的研究者能達成「次埃（sub-angstrom）」的結構解析度，在這之前是不可能的。
"我們證明，對於硫化鎘奈米結晶體而言，這種改善過的影像解析度，讓我們得以測定它們的原子結構，" Jian-Min (Jim) Zuo（譯音：周建民），U. of I. 材料科學與工程的教授，以及一篇在 Nature Physics 二月號描述這種高解析度成像系統之論文的通信作者。
來自於電子顯微鏡的影像能分辨奈米結晶體中的個別原子，不過這些原子立刻受到輻射損害，觀察時間有限。來自於 X 光的繞射圖案能用來決定大型結晶體的結構，但無法用於奈米結晶體，那太微小，且無法使其妥善繞射。
為了達到次埃的解析度，Zuo 與同僚開發出一種反復迭代演算法（reiterative algorithm），那處理並結合來自於低解析度影像之形狀資訊以及來自於高解析度繞射圖案的結構資訊。影像與繞射圖案均取自於同一部穿透式電子顯微鏡（transmission-electron microscope, TEM）。
"低解析度影像藉由提供中央光束中所缺失的資訊而提供了起點，同時也為繞射圖案的排列提供了不可或缺的標記，" Zuo 說，他也是該校 Frederick Seitz 材料研究實驗室的研究者。"我們的相--反復迭代（phase-retrieval）演算法接著重建這幅影像。"
為了證明這項技術，研究者重新觀察硫化鎘量子點。
"我們之所以選擇硫化鎘是因為它們依據尺寸而改變的光、電特性，以及原子結構在這些特性上的重要性，" Zuo 說。"硫化鎘量子點在太陽能轉換以及醫學造影中有潛在的應用。"
研究者報告，利用反復迭代演算法，鎘與硫原子柱狀物間的最小分離為 0.84 埃。
"因為低解析度影像能從不同來源取得，我們的技術一般來說能應用到非週期性結構，例如界面與局部缺陷，" Zuo 說。"我們的技術亦為單一奈米粒子之三維結構的成像提供了基礎。"
※ 相關報導：
＊ Sub-Angstrom-resolution diffractive imaging of single nanocrystals
http://www.nature.com/nphys/journal/v5/n2/abs/nphys1161.html
＊ 研究揭櫫金奈米簇穩定性與電子特性W. J. Huang, J. M. Zuo, B. Jiang, K. W. Kwon & Moonsub Shim
Nature Physics 5, 129 - 133 (2009)
doi: 10.1038/nphys1161
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