格罗宁根大学 氢化钛的三个图像
左:大角度环形暗场(HAADF)
中间:论文中描述的新技术，显示钛和氢原子(分别标记为蓝色和红色)右:对比倒置环形明场信贷:德格拉夫等人，格罗宁根大学 格罗宁根大学的物理学家使用透射电子显微镜观察了钛/氢化钛界面上的氢
利用一项新技术，他们成功地将金属和氢原子可视化在一张图像中，使他们能够测试描述界面结构的不同理论模型
该结果发表在1月31日的《科学进展》杂志上
为了理解材料的性质，以原子分辨率观察它们的结构通常是至关重要的
用透射电子显微镜观察原子是可能的；然而，到目前为止，还没有人成功地把重原子和最轻的原子(氢)合在一起制作出合适的图像
这正是格罗宁根大学纳米结构材料教授巴特·库伊和他的同事们所做的
他们使用了一种新的透射电子显微镜，这种显微镜能够在钛/氢化钛界面产生钛和氢原子的图像
氢原子 由此产生的图片显示了氢原子柱如何填充钛原子之间的空间，扭曲了晶体结构
它们占据了一半的空间，这是早先预测到的
“在20世纪80年代，提出了三种不同的模型来描述氢在金属/金属氢化物界面上的位置，”库伊说
“我们现在能够亲眼看到哪个模型是正确的
" 为了创造金属/金属氢化物界面，库伊和他的同事从钛晶体开始
然后氢原子被注入并以非常薄的楔形穿透钛，形成微小的金属氢化物晶体
“在这些楔形物中，氢原子和钛原子的数量是相同的，”库伊解释道
“氢的渗透会在晶体内部产生高压
非常薄的氢化物板会导致金属氢脆，例如在核反应堆内部
“界面处的压力阻止了氢气的逸出
格罗宁根大学热电费希尔科学公司的新瞬变电磁仪控制室的照片
医生
背景是巴特·库伊
学分:格罗宁根大学 创新 在界面上产生重钛和轻氢原子的图像是一个相当大的挑战
首先，样品中装有氢气
随后应该沿着界面以特定的方向观察它
这是通过使用离子束从钛上切割出适当排列的晶体，并再次使用离子束使样品变薄(厚度不超过50纳米)来实现的
钛和氢原子的可视化是由透射电子显微镜中的几项创新实现的
通过电子在显微镜光束中的散射，可以看到重原子
散射电子优选使用高角度检测器来检测
“氢太轻，不会引起这种散射，所以对于这些原子，我们必须依靠从低角度散射(包括电子波)构建图像
“然而，这种物质造成了这些波的干扰，这使得迄今为止几乎不可能识别氢原子
计算机模拟 这些波由低角度亮场探测器探测
新显微镜有一个圆形明场探测器，分为四个部分
通过分析在相对的段中检测到的波前差异，并观察扫描光束穿过材料时发生的变化，可以滤除干扰并观察非常轻的氢原子
“第一个要求是要有一台能够用小于原子间距离的电子束进行扫描的显微镜
后来，分段明场探测器和分析软件的结合使可视化成为可能，”库伊解释说，他与显微镜制造商赛默飞舍科学公司的科学家密切合作，其中两人是该论文的合著者
Kooi的团队在软件中添加了各种噪声过滤器，并对其进行了测试
他们还进行了广泛的计算机模拟，并与实验图像进行了对比
纳米材料 该研究显示了氢和金属之间的相互作用，这对于研究能够储存氢的材料是有用的知识
“金属氢化物比液态氢每体积能储存更多的氢
“此外，用于可视化氢的技术也可以应用于其他轻原子，如氧、氮或硼，它们在许多纳米材料中都很重要
“能够看到重原子旁边的轻原子，这就带来了各种各样的机会
"
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