原创 IBM单原子成像获新进展，可望用于石墨烯电子元件

IBM在单原子成像(imaging individual atoms)方面的研究又有新进展，更进一步成功达到了原子之间个别共价键(bond)的成像。

在1986年，IBM院士Gerd Binnig、Heinrich Rohrer，与德国物理学家Ernst Ruska，因为在IBM苏黎世研究中心的单原子成像研究成果，共同获颁诺贝尔物理奖。当时IBM表示，该研究成果将有助于太阳能、OLED有机材料，以及石墨烯半导体的研发；而该公司也将原子成像技术应用于解开未知的碳化合物(carbon compound)结构之谜。

“IBM目前首度能区别分子之间的个别共价键；”IBM科学家Leo Gross表示：“较亮的键比较短，而且键级(bond order)较高。我们也可以看出那些键的不同长度，并区别在分子群中哪些键比较长、哪些比较短。”

IBM新研发的技术是在原子力显微镜(atomic force microscope)的探针上放置一氧化碳分子，并使用了两种对比度强化(contrast-enhancing)技术。第一种方法量测到了共价键上力道的微小差异，较强的键亮度显然也较高；第二种方法锁定显微镜探针上倾斜的一氧化碳分子，以量测共价键的长度。

“这是我们第一次能进行个别分子中个别共价键的属性量测，在过去，只可能在一大群分子中做这样的量测。”Gross表示。

许多半导体材料的重要化学与电气属性，被认为是与材料中的不同原子键合架构有关，特别是有机化合物中，晶格缺陷(crystalline lattice defect)被当做掺杂(dopants)使用时。IBM表示，新研发的技术能区别出精确度达3皮米(picometer)的共价键长度差异，也就是约单个原子直径的的百分之一。

图左是以图右的精确多边形方式排列的富勒烯原子(fullerene atom，又称布基球-buckyball)，原子顶部的连结键以线条表示(来源：IBM)

接下来IBM计划利用以上技术研究有机太阳能电池的架构，期望能理解原子之间的共价键与太阳能电池效率之间的关系；该技术也将用于研究未来的石墨烯电子元件，找出晶格缺陷周围的共价键弛缓(relaxation)是如何强化其性能。该公司也将研发不同的探针尖端，以进一步加强对比度。

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