使用掃描隧道顯微鏡(STM)，銀納米粒子的分子覆蓋表面結構的極高分辨率成像是可能的，甚至可以識別保護表面的分子的各個部分。這是中國和芬蘭聯(lián)合研究的結果，由芬維斯基大學的學院教授HannuHäkkinen在芬蘭領導。

該研究最近發(fā)表在Nature Communications上，該期刊的編輯選擇了該期刊每月收集的重點論文集。

以原子分辨率研究納米粒子的表面結構對于理解其結構的化學性質(zhì)，分子相互作用以及粒子在其環(huán)境中的功能至關重要。表面結構的實驗研究長期涉及適用于納米級分辨率的成像技術，其中最常見的是基于電子隧道效應，上述掃描隧道顯微鏡(STM)和基于小型測量的原子力顯微鏡(AFM) ，原子力量。

然而，在成像中實現(xiàn)分子分辨率已經(jīng)證明是非常具有挑戰(zhàn)性的，例如因為待成像物體(即納米顆粒表面)的曲率與掃描尖端的曲率具有相同的數(shù)量級。例如，測量對環(huán)境干擾也很敏感，環(huán)境干擾可能影響分子的熱運動。

研究人員使用以前表征的銀納米粒子，具有已知的原子結構。顆粒的金屬核具有374個銀原子，表面受一組113個TBTT分子的保護。TBBT(叔丁基苯硫醇)是在其末端具有三個獨立碳基團的分子。粒子的外表面總共有339個這樣的組。當在STM實驗中在低溫下對這種類型的納米顆粒樣品成像時，在由圖像形成的隧道電流中觀察到清晰的順序調(diào)制(參見圖像的左側部分)。當單個TBBT分子在平坦表面上成像時，注意到類似的調(diào)節(jié)。

基于密度泛函理論(DFT)，Häkkinen的研究團隊進行的模擬表明，TBBT分子的三個碳基團中的每一個都在STM圖像中提供了自己的當前最大值(見圖像的右側部分)并且距離很遠最大值之間對應于STM測量結果。這證實了測量在亞分子水平上是成功的。模擬還預測準確的STM測量在室溫下不再能夠成功，因為分子的熱運動非常高，以至于各個碳基團的當前最大值混合到背景中。

“這是納米粒子表面結構的STM成像首次能夠'看到'分子的各個部分。我們的計算工作對于驗證實驗結果非常重要。但是，我們希望更進一步。粒子的結構是眾所周知的，我們有理由詢問是否可以使用模擬識別成像粒子的精確方向，“Häkkinen描述了這項研究。

為此，Häkkinen的小組計算了來自1,665個不同方向的銀粒子的模擬STM圖像，并開發(fā)了一種模式識別算法，以確定哪些模擬圖像與實驗數(shù)據(jù)最匹配。

“我們相信，我們的工作為納米結構的成像展示了一種新的有用策略。未來，基于機器學習的模式識別算法和人工智能將成為納米結構圖像解釋不可或缺的一部分。我們的工作代表了第一步。這就是為什么我們還決定公開將我們開發(fā)的模式識別軟件分發(fā)給其他研究人員，“Häkkinen說。