白駒過隙,頂尖自國際頂尖學術期刊《自然-納米技術》(Nature Nanotechnology)創刊以來已過去十年時間。學術選材該雜志在本月刊發精選圖片專稿,期刊這些圖片均來自于以往在該雜志上刊發過的年震研究文章和快訊。下面就讓我們來領略科學圖像之美吧!撼圖
Nat. Nanotech. 4, 557–561 (2009)
圖1放置DNA
這張圖像表現了DNA折紙被放置在光刻圖案化表面。片精這一原子力顯微鏡圖像顯示邊長127納米的料牛DNA三角被放置在線寬500納米的圖案化類金剛石薄膜表面。
Nat. Nanotech. 9, 1054–1062 (2014)
圖2神經保護(neuroprotection)
這張熒光圖像顯示了Squalenoyl adenosine納米組裝體(綠點)通過人類大腦微血管內皮細胞的頂尖內化作用并停留在細胞質中。紅色區域顯示的學術選材是細胞膜,同時藍色區域則是期刊標記細胞核。
Nat. Nanotech.7, 630–634 (2012)
圖3谷-自旋阻塞(valley-spin blockade)
這張偽色圖像顯示了作為微波電壓和施加于納米管取向方向的年震磁場的函數的電流通過彎曲的納米管。白色區域對應最高電流值。撼圖
Nat. Nanotech. 6, 308–313 (2011)
圖4納米粒子分析儀
該圖片通過高通量粒子分析器的片精納米粒子流偽色熒光圖像。這張圖片顯示了聚苯乙烯納米顆粒穿越集成在微流控系統中的料牛納米過濾器,這種過濾系統每秒可分析500000個顆粒。頂尖
Nat. Nanotech. 5, 574–578 (2010)
圖5石墨烯觸摸屏
該圖為基于多層石墨烯的柔性透明觸摸板原型。其中石墨烯的生長方式結合了化學氣相沉積和卷到卷(roll-to-roll)方法并且利用了聚對苯二甲酸乙二醇酯作為基質。通過適當的印刷電極該器件可被連接到計算機上。
Nat. Nanotech. 6, 103–106 (2011)
圖6 太赫茲光源
這張圖像表現的是核殼結構的氧化鋅微球。其中外殼由一系列矩形納米懸臂組成。而這一納米懸臂在綠光激發下,可耦合形成機械振動的駐波從而產生太赫茲范圍的發射光。
Nat. Nanotech. 9, 505–508 (2014)
圖7精確的量子點
通過掃描隧道顯微鏡尖端在砷化銦表面操縱銦原子可以在原子水平上精確形成量子點。紅色區域顯示了在不同量子態中的電子態密度。
Nat. Nanotech. 9, 808–813 (2014)
?圖8 扭曲控制的共振(twist-controlled resonance)
這張灰度圖顯示了含有氮化硼插層的石墨烯之間的通道電流。控制兩層石墨烯的相互取向可優化通道條件。
Nat. Nanotech. 7, 757–765 (2012)
圖9乳腺癌
一份免疫組織化學標本顯示了轉基因小鼠的晚期乳腺腫瘤中段細胞外基質。棕色染色代表層粘連蛋白-1的表達,這一蛋白質表達與癌癥發展過程中的組織硬化有關。
Nat. Nanotech. 7, 557–561 (2012)
圖10等離子激元色彩
這張Lena標準圖是通過調控硅表面的金屬納米結構等離子體共振而產生的。該圖的分辨率可達每英寸100000個像素點,而這一分辨率正是光學衍射極限可達到的最大分辨率。
Nat. Nanotech. 2, 570–576 (2007)
圖11納米顆粒印刷技術
納米顆粒的定向組裝可被用于打印一系列擁有單顆粒分辨率的結構。該圖的原創者是17世紀的煉金術士Robert Fludd,這一太陽圖案利用了大約20000個金納米顆粒。?
Nat. Nanotech. 7, 242–246 (2012)
圖12單原子晶體管
這張掃描隧道顯微圖像屬于在磷摻雜硅層上制備的晶體管。該器件的活性區域是定位在圖像中央小亮點下的單個磷原子。
Nat. Nanotech. 6, 277–281 (2011)
圖13雙連續電極
鎳反蛋白石結構(Nickel inverse opal)可形成電池負極兩相中的一相。結合電化學活性相,這種電極構造可實現快速充電電池所需的電子離子快速交換以及輸運。
Nat. Nanotech. 9, 481–487 (2014)
圖14單壁碳納米管
腫瘤的活體顯微圖像顯示了裝載有納米管的單核細胞進入腫瘤間質并與血管內皮組織相互作用。綠色區域為腫瘤細胞,紅色區域為血管,灰度(grey-scale)表示納米管。
Nat. Nanotech. 10, 522–527 (2015)
圖15單分子二極管
單分子裂結的電壓電流圖像顯示了只在負偏壓極性下出現的高電導情況。這張圖包含了1000個痕跡的疊加,整流比大約為200。
Nat. Nanotech. 8, 329–335 (2013)
圖16梳理納米線
通過納米梳理組裝(nanocombing assembling)技術可以創造納米線定向陣列。在這一方法中,納米線附著在特定區域并且根據區域的化學性差異在表面進行拉長。暗場電子顯微圖像超長的硅納米線。
Nat. Nanotech. 7, 227–231 (2012)
圖17分子中的電荷成像
利用開爾文探針顯微鏡(KPFM)可以對表面萘菁分子中的電荷分布進行成像。左圖是電荷分布的實驗觀測圖像,右圖為電場分布的理論計算模擬。
Nat. Nanotech. 10, 237–242 (2015)
圖18?全色顯示
這張圖像展示了上轉換納米晶的全色顯示能力。這一顯示能力只需一種類型的納米晶即可得到,改變激發條件可以得到不同的色彩。
Nat. Nanotech. 7, 29–34 (2012)
圖19石墨烯區域的可視化
石墨表面的宏觀區域可以通過涂覆液晶實現可視化。這張偏光顯微圖像清晰地呈現了液晶涂覆的石墨烯薄膜的區域與邊界。
Nat. Nanotech. 3, 486–490 (2008)
圖20石墨烯中的光電流
這張圖顯示的是單層石墨烯場效應晶體管中光生電流的空間分布。這一圖像是通過對不同背柵電壓器件的激光光斑掃描得到的。藍色和紅色區域對應著內置電場,這些電場在金屬電極周圍被特別標記出來。
Nat. Nanotech. 8, 247–251 (2013)
圖21等離子體光催化
該圖為分解水器件示意圖。在這一器件中,表面等離激元的激發和衰退可以產生載流子。這一器件由金納米棒與析氫和產氧催化劑耦合而成,可以用來實現在連續光照下的自主操作。
Nat. Nanotech. http://doi.org/bqtf(2016)
圖22DNA縮聚
這張圖片顯示了通過迷宮的DNA縮聚。在這一熒光圖像中,DNA縮聚被從頂端傳播到底端。盡管其中一些會形成“死胡同”或者環形路徑,但是最常見的模式還是穿越迷宮的最短路徑。
Nat. Nanotech. 3, 31–35 (2008)
圖23?納米結構硅陽極
該圖顯示,硅納米線與鋰作用之后,其體積會有400%的增加量。由于納米結構形貌中的空隙部分,硅納米線在維持理論容量的同時也能夠保證重復性的鋰化-去鋰化循環。
Nat. Nanotech. 7, 297–300 (2012)
圖24分子的量子干涉
該圖為由重分子的量子干涉而得到的衍射花樣,其意義不亞于電子的量子干涉的觀測,而那一觀測行為揭示了物質的波動性。
Nat. Nanotech. 1, 60–65 (2006)
圖25分類納米管
密度梯度超離心法對單壁碳納米管進行分類。這張圖片展示了碳納米管的分類色帶,其分類依據為直徑與電子結構(金屬的,半導體的)。
Nat. Nanotech. 10, 1077–1083 (2015)
圖26螺旋纖維致動器
利用20層堆疊多壁碳納米管薄片可以形成單股螺旋纖維。掃描電子顯微圖像顯示,線圈在軸向緊密排列。這些纖維可以在極性溶劑中產生收縮和旋轉驅動。
Nat. Nanotech. http://doi.org/bqtd (2016)
圖27可重寫的原子內存
通過掃描透射顯微鏡尖端可以整理操控銅表面的氯原子空位(黑點)。這樣一來,8個空位組成的線條可以編碼一個比特,或者從定義上來說,是一個字節。不僅如此,線條上空位的上下取代可以定義比特值(0/1)。
Nat. Nanotech. 10, 661–665 (2015)
圖28氧化物的極性區域
通過靜電力顯微鏡我們可以測量室溫下SrMnO3薄膜的電導率空間分布。圖片顯示的亮帶區域取向是沿著特定的晶向,而這些晶向對應于增強電導率的限制區域。
Nat. Nanotech. 4, 167–172 (2009)
圖29量子全息術
從單分子中構造的全息圖可以將信息編入二維電子氣的波函數中。利用掃描隧道顯微學則可以讀出這些信息。圖示為STM譜圖展現的字母S。
Nat. Nanotech. 9, 337–342 (2014)
圖30高分辨的斯格明子晶格
在Fe0.5Co0.5Si 表面的六角形排列斯格明子與電子波作用產生干涉條紋的現象如今可以利用離軸電子全息術捕捉到。該圖像為我們提供了對于關聯的二維磁通量漲落分布的直觀視野。
Nat. Nanotech. 11, 47–52 (2016)
圖31波爾半徑分辨率
由鉸接DNA折紙體制成的分子定位裝置可提供0.04納米的分辨率——比波爾半徑還要稍小一點。負染色透射電鏡圖像展現了器件的一些位置狀態。
Nat. Nanotech. 6, 232–236 (2011)
圖32納米孔金屬氧化物電極
這張圖像是具有高納米孔表面密度的金薄膜(暗色背景)的亮場透射電子顯微圖像。這些納米孔被納米結晶二氧化錳(亮色區域)利用平皿法(plating procedure)進行填充。
Nat. Nanotech. 11, 566–572 (2016)
圖33可穿戴糖尿病器件
這張圖像是含有汗水的皮膚石墨烯電化學器件。這一器件能夠檢測汗水中的葡萄糖水平并且可以通過熱致動來實現藥物的經皮傳輸以減少糖尿病小鼠的血糖水平。
Nat. Nanotech. 5, 366–373 (2010)
圖34自供電納米線器件
這是夾在鉻(左)電極和金(右)電極之間的氧化鋅納米線陣列發電機的掃描電子顯微圖像。這些壓電柔性器件可將機械應變轉換成電力。
Nat. Nanotech. 10, 176–182 (2015)
?圖35亞器官分布
無標記質譜成像方法能夠探測組織中的碳基納米材料。左圖:脾臟組織切片的光學圖像。右圖:熱度圖揭示了碳納米管的離子強度分布。
Nat. Nanotech. 5, 256–260 (2010)
圖36模板化自組裝
無機光刻膠的電子束圖案化可用來制備復雜的納米尺度圖案,從而可作為嵌段共聚物薄膜的自組裝模板。掃描電子顯微圖像揭示了模板化彎曲和結點的形成。
Nat. Nanotech. 2, 167–170 (2007)
圖37強制機械粗化
圖像展示了利用敲擊模式原子力顯微鏡探針驅使金納米顆粒組裝體在硅表面的粗化。圖像左邊顯示了單邊驅動的納米顆粒,而圖像右邊則是成像8小時后由探針誘導的納米顆粒輸運引起的粗化。
參考原文:Ten years in images?(Nature Nanotechnology, 2016, doi:10.1038/nnano.2016.190)
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