作者:密歇根州立大学马特·达文波特
代表显微测量的示意图，其中激光脉冲(红色曲线)照射位于样品表面上方的原子级尖针(顶部)
石墨烯纳米带位于金衬底的顶部
实验数据以蓝色显示，揭示了纳米带上方的电子分布
信用:斯潘塞·安曼 当物理学家泰勒·科克2018年加入密歇根州立大学时，他有一个明确的目标:建造一台功能强大的显微镜，这将是美国同类显微镜中的第一台
完成这项工作后，是时候让显微镜开始工作了
“我们知道我们必须做一些有用的事情，”自然科学学院物理和天文系实验物理学的杰里·考恩捐赠椅科克说
“我们有全国最好的显微镜
我们应该利用这一点
" 借助显微镜，科克的团队正在利用光和电子以无与伦比的亲密度和分辨率研究材料
研究人员可以在样本中看到原子并测量量子特征，这些样本可能成为量子计算机和下一代太阳能电池的构件
该团队在11月11日让世界第一次看到了这些能力
23发表在《自然通讯》杂志上，拍摄电子在石墨烯纳米带中分布的快照
科克说:“这是这种类型的显微镜能够告诉你一些新东西的首批演示之一。”
“我们对这项工作感到非常兴奋和自豪
我们头脑中也有所有这些想法，关于我们想去哪里
" Cocker的团队是一项合作的一部分，该合作致力于将这些纳米带开发成量子比特，发音为“q比特”，用于量子计算机
这一合作跨越了五个机构，这项工作得到了海军研究办公室的资助，将为MSU提供100多万美元的捐款
在《自然通讯》的研究中，科克与瑞士联邦材料科学与技术实验室教授罗曼·法塞尔的研究小组合作
法塞尔发明了石墨烯纳米带的自下而上生长方法
Fasel的实验室已经合成了一些分子，在加热的情况下，这些分子可以按照预定的形状和大小将自己组装成丝带
科克说:“你基本上像烤蛋糕一样烤分子。”
“然后，您最终得到的功能区的属性是预定义的
在你开始之前，你知道你会得到什么
" 一幅插图显示了金衬底上的石墨烯纳米带
密歇根州立显微镜显示的实验数据在色带上方显示为蓝色
信用:斯潘塞·安曼 瑞士实验室将分子送到MSU，科克的实验室在那里培育出精确的丝带，然后用显微镜检查它们
这种仪器的基础是所谓的扫描隧道显微镜，即STM，它将一个非常锋利的尖端或探针非常靠近被研究的样本，而不接触它
即使尖端和样品不接触，电子仍然可以从尖端跳跃或隧穿到样品
通过记录电子是如何隧穿的——例如，有多少电子隧穿以及多快——显微镜构建了样本及其属性的高分辨率图像
科克和他的团队所做的是将这种传统的扫描隧道显微镜与极短的激光脉冲相结合，这使他们能够将扫描隧道显微镜的尖端更靠近样品
因此，他们能够从样本中提取比以往任何时候都更详细的信息
他说:“这几乎就像我们通过物理上拉近尖端来放大一样。”
该团队随后可以用原子分辨率来表征不同的纳米带，揭示了电子如何在结构中分布的前所未有的清晰信息
除了出版之外，这部作品还为它的斯巴达作者赢得了奖项
博士后学者维德兰·耶里奇在德国最近的一次研讨会上因其研究海报而获奖
去年11月，在红外、毫米波和太赫兹波协会主办的一次会议上，研究生研究员斯潘塞·安默曼因展示了这项工作而获奖，该协会还授予科克2021年青年科学家奖
尽管科克和他的团队对新报纸和这些荣誉感到兴奋，但他们期待着接下来会发生什么
例如，该团队正致力于从静止图像到样本电影，展示电子如何随着纳米材料吸收光在色带内移动
研究人员还在6月份国防部拨款的支持下建造第二台显微镜，这意味着美国只有两台这样的显微镜
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两个人都会在MSU吗
科克说:“这篇论文非常令人兴奋，但这也只是第一步。”
“我们认为这将打开许多可能性
"
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