來自劍橋大學的一支研究團隊，剛剛在發表於《物理評論快報》上的一篇文章中介紹了他們是如何捕獲原子的運動、且速度較傳統顯微鏡快了八個數量級。SCI Tech Daily指出，研究人員使用了類似於核磁共振成像（MRI）的技術來實時追踪單個原子的運動。此外這些原子聚集在一起形成了二維材料，因而只有單層原子的厚度。

研究配圖- 1：傳統0.09ML 衍射掃描

研究團隊稱，這項技術或推動新型材料設計和量子技術設備的發展。據悉，以石墨烯為代表的二維材料具有獨特的性能（比如出色的導電性和強度），有著改善現有裝置和新設備性能的巨大潛力。

此外從生物傳感、藥物輸送、到量子信息/ 量子計算，二維材料具有相當廣闊的應用前景。不過為了讓二維材料發揮最佳的潛力，我們還需要通過可控的生長過程來微調它們的性能。

研究資深作者、來自劍橋大學卡文迪許實驗室的Nadav Avidor 博士指出：“儘管這不是一項全新的技術，但此前從未有人將之用於測量二維材料的生長”。

這些材料通常以原子的形式“跳躍”到支撐襯底上，直到附著於不斷增長的簇上。如果能夠對該過程進行快速有效的監測，科學家們就可以對材料品質有著更好的管控。

研究配圖- 2：布里淵區邊緣附近有著緩慢的衰減速率

遺憾的是，對於大多數材料而言，該過程發生得實在太快、且溫度相當之高，以至於只能通過凍結表面的快照來追踪進度。也就是只能捕捉到某個瞬間的畫面，而不是整個過程。

好消息是，劍橋研究團隊剛剛實現了在工業溫度區間的全程實時追踪。具體說來是，他們使用了一種被稱作“氦自旋回波”的技術。過去15 年裡，該技術在劍橋得到了不斷的發展。

原理方面，它與磁共振成像（MRI）非常相似，只是換成了用氦原子束來“照亮”目標表面（類似於普通顯微鏡中的光源）。

Nadav Avidor 博士補充道：“借助這項技術，我們可以在原子飛散時展開即時的、類似MRI 的實驗。想像該光源中的光子被瞄準到了樣品上，然後又回到了你的眼中，就可以知曉樣品發生了什麼”。

研究配圖- 3：基於邊際貝葉斯方法的相對概率

本次研究中，Nadav Avidor 及其同事使用了氦原子來代替光子，以觀察樣品表面到底發生了什麼。通過氦與材料表面原子的相互作用，即可推斷出表面物質的運動。

研究人員使用在釕金屬表面上移動的氧原子的測試樣品，記錄了氧簇的自發破裂和形成。其只有幾個原子的大小，且這些原子在簇之間快速擴散。

Nadav Avidor 表示，雖然談不上是一項全新的技術，但此前從未試過將這種方法用於測量二維材料的生長。

回顧光譜學的歷史，基於光的探針技術已經徹底改變了我們的視野。但下一步，基於電子的探針，將為我們揭示更多的奧秘。