金属 - 金属氢化物界面处的氢原子的第一次视图

这张照片显示了三个氢化钛的图像。左：大角度环形暗场（HAADF）。中间：纸中描述的新技术，显示钛和氢原子（分别标记为蓝色和红色）右：对比 - 倒置的环形亮场。

格罗宁根大学物理学家使用透射电子显微镜在钛/氢化物界面处具有可视化氢。使用新技术，它们成功地在单个图像中可视化金属和氢原子，允许它们测试描述界面结构的不同理论模型。结果发表于今天（2012年1月31日）在杂志上发表。

要了解材料的性质，它通常在原子分辨率下观察它们的结构往往是至关重要的。可以使用透射电子显微镜（TEM）可视化原子;然而，到目前为止，没有人成功地在一起产生了两种重物和最轻的一个（氢）的正确图像。这正是纳米结构材料Bart Kooi和他的同事的格罗宁根教授。它们使用了一种具有能力的新TEM，使得可以在钛/氢化物界面处产生钛和氢原子的图像。

氢原子

所得到的图片显示氢原子柱填充钛原子之间的空间，扭曲晶体结构。他们占据了一些空间的一半，这是之前预测的东西。'在20世纪80年代，提出了三种不同的模型，用于金属/金属氢化物界面处的氢气位置，“Kooi说。“我们现在能够看到自己的模型是正确的。”

这张照片显示了Groningen大学Thermo Fisher Scientific的新TEM。

为了创造金属/金属氢化物接口，Kooi和他的同事开始用钛晶体。然后将原子氢注入并穿过非常薄的楔形物中的钛，形成微小的金属氢化物晶体。'在这些楔形界面中，氢和钛原子的数量相同，'Kooi解释说。'氢的渗透在晶体内产生高压。非常薄的氢化物平板导致金属中的氢脆，例如核反应堆内。界面处的压力可防止氢气逸出。

创新

在界面处产生重型钛和光氢原子的图像是非常挑战。首先，用氢气加载样品。随后应该以沿接口的特定方向查看。这是通过使用离子束切割从钛的正确对准的晶体来实现，并使样品稀释至使用离子束的厚度不超过50nm的厚度。

这是Groningen大学Groningen Thermo Fisher Scientific的新Tem控制室的图片，在背景中的Bart Kooi教授。

钛和氢原子的可视化是通过包括在TEM中的几种创新。通过在显微镜梁中导致电子的散射可以可视化重原子。优选使用高角度检测器检测散射电子。'氢气过于光线，导致这种散射，因此对于这些原子，我们必须依靠从低角度散射构造图像，这包括电子波。然而，该材料导致这些波的干扰，这迄今为止已经使氢原子识别几乎不可能。

计算机模拟

波通过低角度亮场检测器检测波。新显微镜具有圆形亮场检测器，该探测器被划分为四个段。通过分析在相对的段中检测到的波前的差异并观察扫描光束穿过材料时发生的改变，可以过滤出干扰并可视化非常光氢原子。

“第一个要求是具有可以用小于原子之间的距离的电子束扫描的显微镜。随后是分段的明亮场检测器和可以可视化的分析软件的组合，“Kooi与来自显微镜制造商的科学家合作的Kooi解释说明，其中两个人都是共同作者的纸。Kooi的组向软件添加了各种噪声过滤器并测试了它们。它们还进行了广泛的计算机模拟，他们将其与实验图像进行比较。

纳米材料

该研究表明了氢和金属之间的相互作用，这是对能够储存氢的材料的研究是有用的知识。“金属氢化物可以每体积比液体氢储存更多的氢。此外，用于使氢的可视化的技术也可以应用于其他光原子，例如氧气，氮气或硼，这在许多纳米材料中是重要的。“能够看到重物旁边的光原子打开各种机会。”

参考：Sytze Degraaf，Jamo Momand，Christoph Mitterbauer，Sorin Lazar和Bart J.Kooi，2012年1月31日，Sorin Lazar和Bart J.Kooi，Sorin Lazar和Bart J.Kooi。
10.1126 / sciadv.aay4312.