日本東京大學(xué)柴田直哉準(zhǔn)教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，利用目前最先進(jìn)的掃描透射電子顯微鏡(STEM)和多分區(qū)檢測器，首次成功觀測到金原子內(nèi)部電場的分布情況——該電場分布在原子核與電子云之間不到0.1納米的區(qū)域內(nèi)。最新成果對觀察原子內(nèi)部精密結(jié)構(gòu)極為重要，使未來直接觀察原子間如何結(jié)合成為可能。

掃描透射電子顯微鏡電子探針的大小決定對影像的分辨能力，目前最先進(jìn)鏡片技術(shù)的影像分辨力可達(dá)0.05納米以下。電子探針可以檢測出由原子產(chǎn)生的散射信號，因此可實現(xiàn)原子可視化。盡管到目前為止，電子顯微鏡可觀測到原子，但直接觀察原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)(原子核及電子云)卻極為困難。

研究小組使用分辨能力達(dá)0.05納米以下的掃描透射電子顯微鏡和他們開發(fā)的多分區(qū)檢測器，對一個金原子內(nèi)部進(jìn)行觀測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在帶正電荷的原子核與帶負(fù)電荷的電子云之間電場的影響下，電子束的行進(jìn)角度和位置發(fā)生了變化，從而直接觀察到了原子內(nèi)部的電場分布，成功捕捉到了原子內(nèi)部電場從原子核向電子云方向涌動的情形。

目前，電子顯微鏡廣泛應(yīng)用于物理化學(xué)、電子信息工程學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)等尖端基礎(chǔ)研究領(lǐng)域；也在半導(dǎo)體設(shè)備、醫(yī)療、信息通信、能源等產(chǎn)業(yè)“大顯身手”。提高電子顯微鏡的性能，對納米技術(shù)研究尤為重要。該研究小組的下一步計劃是，挑戰(zhàn)直接觀察原子間如何聯(lián)系結(jié)合這一難題。

該成果發(fā)表在近日出版的《自然·通訊》網(wǎng)絡(luò)版上。