原子内部电场首次在显微镜下现形

日本东京大学柴田直哉准教授领导的研究小组，利用目前最先进的扫描透射电子显微镜（STEM）和多分区检测器，首次成功观测到金原子内部电场的分布情况——该电场分布在原子核与电子云之间不到0.1纳米的区域内。最新成果对观察原子内部精密结构极为重要，使未来直接观察原子间如何结合成为可能。

扫描透射电子显微镜电子探针的大小决定对影像的分辨能力，目前最先进镜片技术的影像分辨力可达0.05纳米以下。电子探针可以检测出由原子产生的散射信号，因此可实现原子可视化。尽管到目前为止，电子显微镜可观测到原子，但直接观察原子内部结构（原子核及电子云）却极为困难。

研究小组使用分辨能力达0.05纳米以下的扫描透射电子显微镜和他们开发的多分区检测器，对一个金原子内部进行观测，结果发现，在带正电荷的原子核与带负电荷的电子云之间电场的影响下，电子束的行进角度和位置发生了变化，从而直接观察到了原子内部的电场分布，成功捕捉到了原子内部电场从原子核向电子云方向涌动的情形。

目前，电子显微镜广泛应用于物理化学、电子信息工程学、材料科学、生命科学等尖端基础研究领域；也在半导体设备、医疗、信息通信、能源等产业“大显身手”。提高电子显微镜的性能，对纳米技术研究尤为重要。该研究小组的下一步计划是，挑战直接观察原子间如何联系结合这一难题。

该成果发表在近日出版的《自然·通讯》网络版上。