IBM突破：室温液相原子级成像二维材料
60官能化金属STM探针在Binnig和Rohrer纳米技术中心零噪声实验室中。（来源：Marcel Begert, IBM Research–Zurich）" />
Peter Nirmalraj利用C60官能化金属STM探针在Binnig和Rohrer纳米技术中心零噪声实验室中探究二维层状材料性质。（来源：Marcel Begert, IBM Research–Zurich）
诺贝尔得主Gerd Binnig与Heinrich Rohrer发明扫描隧道显微镜35年后，IBM苏黎世科学家在原子级成像再创里程碑——首次在液相环境下实现。
联合利物浦大学、洛桑联邦理工学院、马萨诸塞大学阿默斯特分校研究者，IBM团队成员Peter Nirmalraj、Bernd Gotsmann、Heike Riel设计并演示了在室温液相下工作、具备埃级分辨率的稳健分子STM探针，实现新兴二维层状材料分析。
这代表分子STM探针首次在标准实验室条件下、液相介质中实现埃级分辨率，此前仅限于超高真空（UHV）或低温环境。
发现详发表于今日Nature Communications论文“液相中埃级分析的稳健分子探针”。
我与分子表面科学与液相扫描探针显微镜专家Peter交流，深入了解此突破。
探针设计何种要素实现高分辨率？
Peter Nirmalraj： 我们从非官能化金STM探针转向以单个C60分子化学终止探针尖端。这降低尖端反应性，丰富从材料获取的空间信息。在室温液相实现此原子级控制极具挑战。
标准实验室条件下成像与常见UHV/低温条件有何本质不同？
PN： 核心难点在于维持尖端顶点单分子稳定性。想象倒置山峰顶端平衡一颗樱桃——此尺度捕捉所需灵敏度。低温抑制波动，室温下分子能量与动态活跃导致不稳定。我们的工作证明：高密度液体阻尼锚定分子运动，可稳定精细探针。
左至右：富勒烯终止金STM探针；单层石墨烯单原子六角晶格突显碳位点；二维硫化钼原子结构可选择性分析物种。
世界经济论坛将二维材料列为2016十大新兴技术，原子分辨率下在真实环境探测它们日益关键。准确掌握其环境适应性、环境鲁棒性、电子性质，对薄膜晶体管、透明柔性电子制造商至关重要。
“我们的技术能更快、更可靠地对快速增长的二维材料库进行结构与电子指纹识别。”
—Peter Nirmalraj, IBM研究科学家
结合最高可达分辨率与极具挑战的实验条件，我们解锁直接指导二维材料器件工程的宝贵信息。
推进液-固界面成像的下一步是什么？
PN： 下一里程碑是亚分子分辨率解析单分子元素。实验与理论层面，我们须深化理解尖端锚定分子与周围液体耦合机制，评估分子电子与结构影响如何增强空间对比度。
作者简介： Millian Gehrer为IBM Research–Zurich暑期实习生，采访科学家了解其工作与动机。秋季将入读普林斯顿大学计算机科学本科。
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