一个一个的原子如何“搭建”晶体

英国研究人员首次能够观看晶体由原子一个一个地“搭建”而成的全过程，这赋予了他们令人难以置信的控制纳米微观结构的能力。这项被称为纳米晶体测量学(Nanocrystallometry)的新技术有望用于定制具有不同用途的晶体，比如净水剂或者隐形斗篷等。

“这是第一次我们可以真正拍摄到单个原子的运动，并观察原子一个一个地组装成晶体。”英国华威大学的尼古拉斯·巴里说。

在纳米尺度的世界里，即使是由同一材料制成的杆、球和点，也拥有显著不同的化学和物理性质。但迄今为止，科学家控制此类结构的能力有限，因为它们生长得太快，即使是最好的电子显微镜也捕捉不到。

巴里和他的同事利用一张含有金属锇、碳和其他元素的分子薄膜开展了新实验。据《新科学家》杂志网站5月28日(北京时间)报道，他们将一束电子束射向分子薄膜，使大多数分子分裂并释放出单个锇原子，其余的则熔合成一个能够支撑这些自由原子的石墨烯晶格。而关键点在于，这个石墨烯晶格中含有杂质。

巴里解释说：“它掺杂了硼原子和硫原子，这能让石墨烯表面的单个金属原子的运动减速。”这些行动迟缓的原子和电子显微镜的图像捕捉速度一样，研究团队因此能够看到晶体生长的过程。

研究人员还使用多种金属原子首次制造出了锇钌合金，这表明该方法可以令人信服地创建出拥有有趣性质的其他新型材料。借助这项技术，科学家将能够观看不同的化学原料如何生长成晶体，并设法定制可应用于不同领域的晶体。此外，他们还能按需设计晶体的缺陷。

诺丁汉大学的托马斯·张伯伦表示：“这种观看单个原子一个一个结合形成纳米粒子的能力，对于了解材料在原子水平上如何形成是一个重大贡献。”

但他同时指出，晶体的反应会构成障碍。如果粒子表面没有一个稳定的覆盖层，晶体材料将与它所遇到的其他粒子吸附在一起，从而越长越大，活性也越来越低。“这些晶体的有用特性将随时间快速改变，进而消失。”

尽管如此，巴里认为，石墨烯晶格上的高活性无涂层结晶“岛”也是可以发挥作用的。比如，其可在原子尺度上探测气体或者药物。　 (记者陈丹)

总编辑圈点：

对不同晶体的各向异性的利用已经渗透到人们生活、生产的各个领域。虽然当前对结晶的共性方法和理论已有较全面的总结，但真正具体到每一类物质或每个物质，它们的结晶条件又不完全相同，如果能够观看到结晶原子的运动，并与结晶的外部条件结合，就能找到对结晶过程精确控制的办法，制备出纯度更高和性能更好的晶体，这将开启晶体材料科学的新时代，希望科学家能够举一反三，尽快找到观察其它晶体的办法。