科技日报讯（记者刘霞）据物理学家组织网4月10日（北京时间）报道，美国科学家在极高压下测量纳米材料的结构方面取得重大突破，首次解决了为金纳米晶体结构成像的高能X射线束严重扭曲问题，有望引导科学家们在高压下制造出新的纳米材料，也有助于人们更好地理解行星内部发生的一切。最新技术发表在4月9日出版的《自然·通讯》杂志上。
该研究论文的主要作者、卡内基研究院高压协同联盟的杨文阁（音译）解释道：“了解高压对金纳米晶体等样本影响的唯一方式，是使用由同步加速辐射源产生的高能X射线。同步加速器能产生高相干的X射线，用于三维成像，其精确度为几十纳米。这有别于用于化学检测的不相干的X射线成像，其空间分辨率仅为微米级。但这种相干的高能X射线束在高压下会严重扭曲。”
该研究团队发现，通过对同样晶体使用不同样本排列方式的散射模式进行平均，且通过使用由英国伦敦纳米技术中心的科学家研发的算法，他们能修正这种扭曲并将空间分辨率提升2个数量级。
研究人员在美国阿贡国家实验室的高级光子源中心进行了该成像实验，他们让一个400纳米的金晶体承受从海平面气压8000倍到6.4万倍的重压，后者的压力程度接近位于地球外核和地壳之间的上地幔的压力。该研究团队发现，刚开始和他们预想的一样，晶体的边角变得尖利并被拉紧，但完全出人意料之外的是，如果继续加压，这种拉紧就完全消失了。当压力达到最大值时，该晶体变圆了。
杨文阁说：“金纳米粒子是非常有用的物质。同其他微米大小的粒子相比，它们的硬度要高60%，它们对制造先进的分子电极、纳米尺度的涂料以及其他先进工程材料至关重要。因此，新技术对这些领域的发展非常关键。”
鲁滨逊说：“现在，光束的扭曲问题已得到解决，我们可以研究高压下纳米晶体结构的变化，而且，也有望解答为什么纳米晶体在重压下硬度会比大块材料多60%这一问题。”
总编辑圈点：
“窥一斑而见全豹，观滴水可知沧海”不但是中国古代的哲学思想，也是很多科学研究的捷径，让我们可以深入到许多永远都难以企及的领域，为了通过小细节去洞察全局，科学家甚至在地球上制造了人造黑洞。而本项研究通过算法的创新，解决了如何看得更加清楚、更加真实的问题，让人们能对高压环境下的行星内部情况有所了解，其意义可能不亚于人造黑洞。除此之外，我们也应重视“科学之母”数学在本研究中发挥的作用。
(中国科技网)联系客服
