在动作中记录的化学粘合和破碎 - 500,000倍小于人头发的宽度

RE2碳方案。

自提议是atoms是世界的构建块，科学家一直试图了解如何以及为何互相联系。是作为一种分子（以特定时装在一起的一组原子），或者材料块或整体生物体，最终，一切都是由原子键的方式控制，以及粘合突破的方式。

挑战是化学键的长度在0.1-0.3nm之间，比人头毛的宽度小约半百万次，使得一对原子之间的粘合性直接成像。先进的显微镜方法，例如原子力显微镜（AFM）或扫描隧穿显微镜（STM），可以直接解析原子位置和测量键长度，但拍摄化学键打破或形成，随着时尚连续性，实时仍然存在科学的最大挑战之一。

来自英国和德国的研究团队由USE Kaiser教授，乌尔姆大学材料科学电子显微镜主管领导的英国和德国的研究团队得到了满足的挑战，以及诺丁汉大学化学学院的Andrei Khlobystov教授“在科学的原子规模”中，“在科学的原子规模”中，“在狄霍伊分子中成像，”美国科学进步的各个方面的各个方面的各个方面，“美国原子规模”在“科学进展”中的陨石分子上的甲状军分子中的染色金属粘合剂。

纳米试管中的原子

该组研究人员以其开创性使用透射电子显微镜（TEM）在单分子水平上的化学反应中的薄膜“电影”，以及纳米催化剂中金属原子的微粒的动力学利用碳纳米管 - 原子上薄的空心圆柱体分子尺寸（1-2nm）直径的碳作为原子的微型试验管。

安德烈·哈比斯托夫教授说：“纳米管帮助我们捕获原子或分子，并将它们放在我们想要的地方。在这种情况下，我们捕获了一对铼（RE）原子粘合在一起以形成RE2。因为铼具有高原子序数，所以在TEM中比较轻的元件更容易看到，允许我们将每个金属原子识别为黑点。“

Ute Kaiser教授，补充说：“当我们通过艺术彩色和球形畸变矫正膏TEM的状态成像这些硅藻分子时，我们观察到吸附在纳米管的石墨晶格上的RE2的原子级动态，并发现键合长度在A中的RE2变化一系列离散步骤。“

电子束的双重使用

该组具有使用电子束作为双用途工具的丰富轨道记录：由于从电子束的快速电子传递到原子的能量，原子位置的精确成像和化学反应的激活。TEM的“双向”诀窍允许这些研究人员记录过去反应的分子电影，现在它们能够在连续视频中沿着纳米管沿RE2'行走'中粘合在一起的两个原子。乌尔姆大学的研究助理博士博士发现这种现象并进行了成像实验，说：“这令人惊讶地清楚两个原子如何成对移动，清楚地表明它们之间的债券。重要的是，随着RE2向下移动纳米管，键合长度变化，表明键根据原子周围的环境变得更强或更弱。

打破债券

在一段时间之后，RE2的原子表现出扭曲将它们的圆形形状扭曲到椭圆上并拉伸键。随着键合长度达到超过原子半径和的值，粘合粘连和振动停止，表明原子彼此独立。一点后，原子再次连接在一起，重整RE2分子。

诺丁汉大学的博士后研究助理斯蒂芬斯沃克博士进行了RE2键合的计算：“金属原子之间的键在化学中非常重要，特别是用于了解材料的磁性，电子或催化性质。使其具有挑战性的是转型金属，例如Re，可以从单一到Quintuple键形成不同顺序的债券。在该TEM实验中，我们观察到，两个铼原子主要通过四重键合并，为过渡金属化学提供新的根本洞察。

电子显微镜作为化学家的新分析工具

Andrei Khlobystov说：“为了我们的知识，这是第一次在原子尺度上录制粘合演变，破碎和形成的时候。电子显微镜已经成为用于确定分子结构的分析工具，特别是在2017年诺贝尔化学奖化学中获得的低温TEM的进展。我们现在推动分子成像的前沿超出了简单的结构分析，并实时地了解近分子的动态。“该团队认为未来电子显微镜的一天可能成为研究化学反应的一般方法，类似于广泛用于化学实验室的光谱方法。

参考：“通过Kecheng Cao，Stepheng T. Skowron，Johannes Biskupek，Christopher Leist，Elena Besley，Andrei N.Khlobystov和Ute Kaiser，17月20日，斯科恩·斯科克，克雷芬·斯科克，克里斯佩斯·斯塔尔省，科学推进.DOI：
10.1126 / sciadv.aay5849.