世界首次成功测量原子间的结合力

世界首次成功测量原子间的结合力

近日日本北陆先端科学技术大学的先端科学技术研究科应用物理学领域的大岛义文教授等成功测量了原子间的结合力。其研究成果“Peculiar Atomic Bond Nature in Platinum Monatomic Chains”发表在影响因子为11.238的期刊《Nano Letters》上。

***什么是原子间的结合力***

原子之间的作用力，实际上就是电磁力。究竟是怎样的电磁力呢？我们知道原子空间绝大部分是电子的运动空间，原子核位于相对中心的较小区域，原子与原子核电量总体处于平衡状态。是总体处于平衡，这是我们必须清楚的地方。但具体到原子的某一部分空间是不平衡的，比如，原子核附近的空间是正电处于优势，原子外围空间自然是负电处于优势。两个原子之间接触的表面自然属于外围空间，自然都是负电占据优势，原子之间自然是相互排斥的，这当然是原子之间在一定距离范围内的情况。超过一定的距离，原子之间的排斥力就很小了，这样的原子间隔应该就是原子之间的正常距离了。

***计算原子间的结合力为何很复杂***

原子并不是我们想象中的单个个体，而是由原子核和外围的众多电子组成的。它们在量子力学的法则下，通过原子内的作用力，组成了一个复杂的量子系统。

而且，原子内各个成员的小动作太多。比方说，许多原子核有好几种办法自转，每个核外的外层电子可以在几个空轨道之间乱窜。电子或电子的电量并不是均匀分布到原子的外围空间，而是环绕原子核运动。我们知道运动的电子会产生磁场，涡旋运动的电子形成的磁场会呈现为一个小磁针状态的可以分为正极和负极的磁场，也就是我们说的偶极子磁场。

因此，原子间不同的化学反应，原子内部各成分的运动状态都会影响其作用力，无论应用量子力学还是经典计算机都很难通过理论计算来得知它们的作用力大小。

***那我们怎么测量原子间的结合力***

材料的性质由原子间的几何排列及原子间内部键结合形态而决定。原子的排列一般是链状结构，具有一维力学性质，然而对于一维力学性质，原子的微弱移动也很敏感，这大大增加了原子间力的测量难度。如果能够搞清楚原子的几何排列结构和其相关的力学性质，我们就可以根据一维力学的结构原理来分析。那么首先要做的是开发一种具备一维力学原理的电子设备或者传感器来捕捉原子的运动轨迹。在大岛义文教授等的研究中，将一个细长的水晶谐振子放入到一个可以直接观测原子排列的透射式电子显微镜电子枪中，通过显微力学原理测量法来探究原子的排列和其力学关系。这里面为什么要用到透射式电子显微镜呢？

透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,简称TEM),可以看到在光学显微镜下无法看清的小于0.2um的细微结构，这些结构称为亚显微结构或超微结构。要想看清这些结构，就必须选择波长更短的光源，以提高显微镜的分辨率。1932年Ruska发明了以电子束为光源的透射电子显微镜，电子束的波长要比可见光和紫外光短得多，并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，也就是说电压越高波长越短。目前TEM的分辨力可达0.2nm。

透射式电子显微镜成像采用平行入射电子束照射样品，后续的电磁透镜通过同时聚焦从样品各个像素点发出的不同散射方向透射电子（TE-transmission electron），从而对电子束照射区域进行放大成像，通过调节中间的电磁透镜焦距，可实现放大倍数调节，最后用投影镜将物像照射在图像记录或显示上；SEM/STEM使用汇聚电子束照射样品 ，逐点扫描成像，空间分辨率和汇聚电子束束斑直径相关，通过改变电子束扫描区域大小来改变放大倍数。

在这种方法中，在与白金原子接触后，水晶谐振子的共振周期会由于他们的相互作用而发生变化。共振周期的变化与物质的等价弹性系数相对应，通过观测水晶谐振子的共振周期的这种变化，间接测量纳米级或原子级物质间的作用力。水晶谐振子的振动振幅一般在27皮米（1皮米=10-12米），大约是氧原子半径的1/2。而利用透射式电子显微镜可以很容易看清楚原子的轮廓。

在他们的研究中，显微镜电子枪内部放置150个白金的原子链，在此之前研究白金原子的特性时发现，确定白金原子链间的结合强度为25N/m。这个结合力比白金的块状晶体（Bulk crystal）的原子结合强度20N/m还要大。另外，原子间结合链（0.25nm）的最大伸长长度最大为0.06nm，其弹性变形大约为24%，而块状晶体的弹性变形大约只有5%。

结合第一原理的计算结果，这种特有的原子结合性质，并非是白金原子链的能量上最稳定的构造，而是结构形成的最小必要张力而产生的原子链结合。

***结语***

我们如果能够准确掌握分子或原子间作用力的大小，对于纳米级材料的研究会有很大的帮助，使我们更容易地理解材料的物理和化学性质，进而可以更进一步地研究开发新型材料应用于各个领域。

参考文献

1.    [endif] https://www.shutterstock.com/image-illustration/3d-illustration-structure-graphene-tube-abstract-1410015179

2.    [endif] http://mozi.ustc.edu.cn/index/info/239

3.    [endif] https://microbenotes.com/transmission-electron-microscope-tem/

4.    [endif] https://research-er.jp/articles/view/98927

agony

[神无月の巫女 ED]

作词 KOTOKO

作曲 中沢伴行

编曲 中沢伴行

歌 KOTOKO

いつか见た梦

届かないつぶやきだけ

夜の光に包まれて彷徨い行く

やがて见开くその瞳 运命なら

せめて そう、今だけ

叶わないと俯（うつむ）く 夜风にただうなだれ

涙 月影 手の平に溢れてゆく

何が欲しいの？

唇は暗に震えていた

出逢ったあの时に胸突いた笑颜

护りたくて ずっと崩れそうな约束を

痛み溃すほどに抱きしめてた

侧に居れるだけで

同じ时间にいられるだけで

远い记忆 苏る悲しみも温めて行けるのに

廻り続けている思いに

安らぎ満ちた终わりは来るの？

缲り返した问い挂けは天に舞い

明けの空の 光に変わる

全て幻 浮かんではまた消えてく

邪念かき消す指先に络み付いた无色の锁

もがくほど孤独を编んでいた

断ち切られるように踵（きびす）かえす风

冷たすぎる今も「君がいるからだよ」と

暗に落ちた言叶 离れない

息をしてるだけで

同じ痛みを感じるだけで

ほんの少し幸せを积み上げる爱

気付いてしまった

冻えて肩寄せる瞳に

护りたいもの 见つかったから

次の夜明け 手にしてた后悔で锖びた欠片

光に変える

触れあうだけでその幸せを思っただけで

こみ上げてく

束の间のさよならも 消えぬ绊になると

侧に居られるだけで

同じ时间にいられるだけで

远い记忆 苏る悲しみも温めて行けるのに

刻み込まれていた证（しるし）に

导かれまた倒れる时も

见つめ合った一瞬が千年の记忆を越え

光に変わる

中文翻译：

曾经梦见

夜光中 在无人听见的低语裏旁徨前行

终於看清前路 如果这是命运

至少 就算只得此刻也好……

宿愿不能圆 夜风中暗自低头

眼泪 月影 溢满掌心

有何欲求？

双唇在黑暗中颤抖

想守护初次相遇时你那难忘的笑容

即使满身伤痕 也要一直紧抱那脆弱的约定

只要在你身边

只要和你一起

遥远的记忆 被唤起的悲伤也能变得温暖

带着回旋不断的思念

安稳的未来会降临吗？

反覆的疑问回荡天际

在黎明的天空中化作光辉

一切都是虚幻 浮出来又消失

无形的锁 锁着失去邪念的指尖

编织出苦痛难耐的孤独

在彷佛斩断一切的彻骨寒风中

至今仍放不下「因为有你在」这句落在黑暗中的话

只要一息尚存

只要同感痛楚

就会察觉用细碎的幸福堆积而成的爱

寒风中互相依偎

在你眼中找到想守謢的东西

手中因后悔而生锈的碎片

在黎明裏化作光辉

只要能与你相会

只要想到和你一起的幸福

感情满溢胸怀

短暂的别离 化作不灭的羁绊

只要在你身边

只要和你一起

遥远的记忆 被唤起的悲伤也能变得温暖

被身上刻印引导 再次倒下的时候

互相凝望的一瞬 跨越千年的记忆

化作光辉

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agony

[神无月の巫女 ED]

作词 KOTOKO

作曲 中沢伴行

编曲 中沢伴行

歌 KOTOKO

Itsuka mita yume

Todokanai tsubuyaki dake

Yoru no hikari ni tsutsumarete samayoi yuku

Yagate mihiraku sono hitomi Unmei nara

Semete Sou, ima dake...

Kanawanai to utsumuku Yorukaze ni tada unadare

Namida Tsukikage Te no hira ni afureteyuku

Nani ga hoshii no?

Kuchibiru wa yami ni furuete ita

Deatta ano toki ni mune tsuita egao

Mamoritakute Zutto kuzuresou na yakusoku wo

Itami tsubusu hodo ni dakishimeteta

Soba ni ireru dake de

Onaji jikan ni irareru dake de

Tooi kioku Yomigaeru kanashimi mo atatamete yukeru noni

Mawari tsuzukete iru omoi ni

Yasuragi michita owari wa kuru no?

Kurikaeshita toikake wa ten ni mai

Ake no sora no Hikari ni kawaru

Subete maboroshi Ukande wa mata kieteku

Janen kakikesu yubisaki ni karamitsuita mujaku no kusari

Mogaku hodo kodoku wo andeita

Tachikirareru you ni kibisu kaesu kaze

Tsumetasugiru ima mo "Kimi ga iru kara dayo" to

Yami ni ochita kotoba Hanarenai

Iki wo shiteru dake de

Onaji itami wo kanjiru dake de

Honno sukoshi shiawase wo tsumiageru ai

Kizuite shimatta

Kogoete kata yoseru hitomi ni

Mamoritai mono Mitsukatta kara

Tsugi no yoake Te ni shiteta koukai de sabita kakera

Hikari ni kaeru

Fureau dake de sono shiawase wo omotte dake de

Komiageteku

Tsuka no ma no sayonara mo Kienu kizuna ni naru to

Soba ni irareru dake de

Onaji jikan ni irareru dake de

Tooi kioku Yomigaeru kanashimi mo atatamete yukeru noni

Kizamikomarete ita shirushi ni

Michibikare mata taoreru toki mo

Mitsumeatta isshun ga sennen no kioku wo koe

Hikari ni kawaru

Re-sublimity[神无月の巫女 OP]

作词 KOTOKO

作曲 高瀬一矢

编曲 高瀬一矢

歌 KOTOKO

遥かにそっと揺らめく忧い 葛藤の记忆に动かされ

目盖にずっと张り付く白い绝叫に冻えた

沈む月の迷い

存在を确かに 今ここに

待っているのは

涙などもう流さない

ただ抱き合える瞬间

言えない… 闻けない… 见えない… 幻だけ

时の向こう侧へと流されて 迷い子になる 许せぬ愿い

声だけ… 指だけ… 近付く温度だけ…

届かぬ思いが 千切られて夜风を染める

そこはきっとまやかしと偶像だって気が付いてた

それなのに深い雑草の中 甘い実ふっと身を委ねた

登る太阳の迷い

偶然は秘かに仕组まれた

いっそ必然

目の前に今晒された

不覚に歪む感情

泣けない… 越せない… 解らない… 结末など

何処へ行こうとも ただ君だけを护りたくて 逆らっている

今だけ… 过去だけ… つぐなう未来だけ

救えるのならば 涸れ果てて消えてもいいと

言えない… 闻けない… 见えない… 幻だけ

时の向こう侧へと流されて 迷い子になる 许せぬ愿い

声だけ… 指だけ… 近付く温度だけ…

届かぬ思いが 千切られて夜风を染める

涸れ果てて消えてもいいと

君だけの光になると

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Re-sublimity

[神无月の巫女 OP]

作词 KOTOKO

作曲 高瀬一矢

编曲 高瀬一矢

歌 KOTOKO

Haruka ni sotto yurameku urei Kattou no kioku ni ugokasare

Mabuta ni zutto haritsuku shiroi zekkyou ni kogoeta

Shizumu tsuki no mayoi

Sonzai wa tashikani Ima koko ni

Matte iru no wa

Namida nado mou nagasanai

Tada dakiaeru shunkan

Ienai... Kikenai... Mienai... Maboroshi dake

Toki no mukou kawa e to nagasarete Mayoigo ni naru Yurusenu negai

Koe dake... Yubi dake... Chikazuku ondo dake...

Todokanu omoi ga Chigirarete yokaze wo someru

Soko wa kitto mayakashi to guuzou datte ki ga tsuiteta

Sore nanoni fukai zassou no naka Amai mi futto mi wo yudaneta

Noboru taiyou no mayoi

Guuzen wa hisoka ni shikumareta

Isso hitsuzen

Me no mae ni ima sarasareta

Fukaku ni yugamu kanjou

Nakenai... Kosenai... Wakaranai... Ketsumatsu nado

Doko e yukoutomo Tada kimi dake wo mamoritakute Sakaratteiru

Ima dake... Kako dake... Tsugunau mirai dake

Sukueru no naraba Kare hatete kietemo ii to

Ienai... Kikenai... Mienai... Maboroshi dake

Toki no mukou kawa e to nagasarete Moyoigo ni naru Yurusenu negai

Koe dake... Yubi dake... Chikazuku ondo dake...

Todokanu omoi ga Chigirarete yokaze wo someru

Kare hatete kietemo ii to

Kimi dake no hikari ni naru to

Suppuration -core-

[神无月の巫女 IM]

作词 KOTOKO

作曲 高瀬一矢

编曲 高瀬一矢

歌 KOTOKO.

あなたの言叶 白い暗の止め

その目で见て来た忧いの境界を

この胸でそっと砕いて

记忆は 络まる银河

何も望めない傍観者达 その无数の瑠璃の玉

哀し気にじっと见守ってた

たった今 その手で subversively 钝く光る欠片

握りしめるよ この手に痛みが走っても

こんなにも止めどなく inundation 落ちる感情の脓

本当の夜明けが来るまで泣いていいよ

私の言叶 ぼやけた空想画

この目で见て来た空虚な平凡を

その胸でそっと転写（うつ）した

触れてはいけないものに心饮み込まれ

どうにも出来ないと下书き破り舍て

悲鸣だけずっと木霊してた

たった今 この手で glow oozy 赤く光る涙

二人が隠し続けた悲しみの残像

こんなにも美しく so,transiently 叩き割られた影

本当の夜明けが来る顷 星が见える

たった今 心を繋いだ 淡く强い光

数えきれない思いが飞び立って行くよ

こんなにも美しく queer tenderly 刻み込まれた伤

千年后どこかで出逢っても探し出せる

たった今 その手で subversively 钝く光る欠片

握りしめるよ この手に痛みが走っても

こんなにも止めどなく inundation 落ちる感情の脓

本当の夜明けが二人を照らし出すから

flow out oozy suppuration...

I can't get out inundation...

磁性材料喷碳以后就可以做的。但有些单位还是害怕，所有就不给做了。dylee(站内联系TA)其实这么些纳米磁珠没有多大磁性啦，再说是顺磁的，有外磁场时是才有磁性，而且磁强弱，又不是一块磁性明显的大磁铁。学校是风声鹤唳，草本皆兵啊，这个应该进行认证，实验研究啊。JACS, NANOLETTERS文章上的磁性材料SEM TEM照片多得去了，也不见仪器坏了，每次都是同型号的,如JEOL等。我做过SEM, TEM很多次，没看到仪器坏了啊。二氧化碳有温室效应，没说一个人呼吸出的二氧化碳就可以煮沸地球啊，否则没法活了。学校草木皆兵、稳定压倒一切、没有错误比没有进步更保险的官僚理念实在是可笑。其实这么些纳米磁珠没有多大磁性啦，再说是顺磁的，有外磁场时是才有磁性，而且磁强弱，又不是一块磁性明显的大磁铁。学校是风声鹤唳，草本皆兵啊，这个应该进行认证，实验研究啊。liyuanZ(站内联系TA)磁性铁很难做TEM哦pengmingfa0725(站内联系TA)没问题，可以做，你先把四氧化三铁溶于乙醇溶液，滴在铜片上就干燥后可以做SEM, 同样滴在铜网上烘干就可以做TEMahbzjct(站内联系TA)我们江苏大学是给做的 你们不给做就来我们学校吧yubeihong(站内联系TA)Originally posted by ahbzjct at 2010-06-04 14:45:02:nibajibada(站内联系TA)我们青岛科技大学也给做~我自己做的四氧化三铁就是学校给做的~不过对外怎么收费我就不知道了shiningx(站内联系TA)可以的，我经常做磁性粉末，测试人员也就是将粉末直接压在导电胶上就可以了ghlchunfeng(站内联系TA)Originally posted by ahbzjct at 2010-06-29 20:34:23:

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