剑桥大学 信用:CC0公共领域 研究人员使用了一种类似于核磁共振成像的技术来实时跟踪单个原子的运动，因为它们聚集在一起形成二维铝材料，只有一个原子层厚
发表在《物理评论快报》杂志上的研究结果可以用来设计新型材料和量子技术设备
剑桥大学的研究人员捕捉到原子的运动速度比传统显微镜快八个数量级
二维材料，如石墨烯，由于其独特的性质，如优异的导电性和强度，有可能改善现有和新器件的性能
二维材料具有广泛的潜在应用，从生物传感和药物输送到量子信息和量子计算
然而，为了使二维材料发挥其全部潜力，需要通过受控的生长过程来微调它们的性质
这些材料通常以原子“跳跃”到支撑衬底上的形式形成，直到它们附着到正在生长的团簇上
能够监控这一过程让科学家对成品材料有更大的控制权
然而，对于大多数材料来说，这一过程发生得如此之快，温度如此之高，以至于只能用冰冻表面的快照来跟踪它，捕捉一个瞬间而不是整个过程
现在，剑桥大学的研究人员在与工业中使用的温度相当的温度下实时跟踪了整个过程
研究人员使用了一种被称为“氦自旋回波”的技术，这种技术是在过去15年里在剑桥发展起来的
这项技术与磁共振成像(MRI)有相似之处，但使用一束氦原子来“照亮”目标表面，类似于日常显微镜中的光源
“使用这种技术，我们可以在原子散射的时候，在飞行中做类似核磁共振成像的实验，”博士说
该论文的资深作者、剑桥卡文迪什实验室的纳达夫·阿维多
“如果你想到一个光源将光子照射到样品上，当这些光子回到你的眼睛时，你就可以看到样品中发生了什么
" 然而，代替光子，Avidor和他的同事使用氦原子来观察样品表面发生的情况
氦与表面原子的相互作用允许推断表面物种的运动
使用在钌金属表面移动的氧原子的测试样本，研究人员记录了氧簇的自发破裂和形成，只有几个原子大小，以及在簇之间快速扩散的原子
“这项技术并不是一项新技术，但它从未以这种方式用于测量二维材料的生长，”Avidor说
“如果你回顾光谱学的历史，基于光的探针彻底改变了我们看待世界的方式，下一步——基于电子的探针——让我们看到了更多
“除此之外，我们现在又向前迈进了一步，以原子为基础的探测器，使我们能够观察到更多的原子尺度现象
除了它在未来材料和设备的设计和制造中的用途之外，我很高兴能发现我们还能看到什么
"
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