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明尼苏达大学Nat. Commun.: 电子束辐解法逐原子修复金红石TiO2中的裂缝

时间：2023-10-08 来源： 浏览：

明尼苏达大学Nat. Commun.: 电子束辐解法逐原子修复金红石TiO2中的裂缝

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2023年9月26日，Nat. Commun.在线发表了明尼苏达大学K. Andre Mkhoyan 课题组的研究论文，题目为《 Mending cracks atom-by-atom in rutile Ti O 2 with electron beam radiolysis 》。

当高能电子与晶体相互作用时，就会发生弹性和非弹性相互作用的结合。由于透射电子显微镜 （TEM） 通常使用高能 （60到300 keV） 电子束来研究晶体材料的原子结构和电子性质，因此受到束流损伤的 严重 限制。丰富的电子-物质相互作用从根本上使扫描透射电子显微镜（STEM）等材料的电子探针研究成为可能。 非弹性相互作用通常会导致材料的结构变化，最终限制电子探针测量的质量 。然而，非弹性散射驱动变换的原子机制很难表征。

在此研究中，作者报道了在电子束照射下 金红石 Ti O 2 的 辐解驱动重构的直接可视化。利用环形暗场成像和电子能量损失光谱信号，STEM 探针 以惊人的原子分辨率细节揭示了 原子级尖锐的纳米级裂缝的渐进填充 。研究发现不同光束能量和精确控制电子剂量的STEM探针可以根据定量的辐射分解机制重构金红石 Ti O 2 。基于直接实验观察，研究介绍了 一种可移动八面体构建块的“两步滚动（two-step rolling）”模型 ，该模型可实现 辐解 驱动的原子迁移。这种受控电子束诱导的 辐解 重构可以用于逐原子设计 新型 纳米结构。

图1 在 STEM光束下具有 裂缝重构 的 金红石 Ir O 2 / Ti O 2 样品

图2  裂缝中心的桥接位置观察

图3 EELS揭示了Ti原子在 裂缝 重构过程中的价态变化

图4 辐解驱动八面体迁移的“两步”滚动模型

【 论文链接 】
Guo, S., Yun, H., Nair, S. et al. Mending cracks atom-by-atom in rutile Ti O 2 with electron beam radiolysis. Nat. Commun ., 2023 , 14, 6005. https://doi.org/10.1038/s41467-023-41781-x

【其他相关文献】

[1] Kumar, P., Kim, D.W., Rangnekar, N. et al. One-dimensional intergrowths in two-dimensional zeolite nanosheets and their effect on ultra-selective transport. Nat. Mater. , 2020 , 19, 443–449. https://doi.org/10.1038/s41563-019-0581-3
[2]  Nair, S., Yang, Z., Lee, D. et al. Engineering metal oxidation using epitaxial strain. Nat. Nanotechnol ., 2023 , 18, 1005–1011. https://doi.org/10.1038/s41565-023-01397-0
[3]  Dyck, O., Ziatdinov, M., Lingerfelt, D.B. et al. Atom-by-atom fabrication with electron beams. Nat. Rev. Mater ., 2019 , 4, 497–507. https://doi.org/10.1038/s41578-019-0118-z
北京航空航天大学郭林/岳永海团队Nat. Mater.: 断裂金刚石的自愈

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