學術論文：‘Big Bang’ tomography as a new route to atomic-resolution electron tomography, Nature 486, 14 June 2012, p.243-246

整理：材化所羅聖全

摘要：

目前穿透式電子顯微鏡斷層掃瞄技術(TEM Tomography)對於大部分材料系統還無法達到次原子尺度影像解析度。主要之原因在於穿透式電子顯微鏡之三維結構重構需透過載具作高角度機械傾轉來收集完整之材料三維訊息。但是目前TEM載台之機械傾轉精確度尚無法達到原子尺度。而且要將這些傾轉系列影像精確地校正到次原子尺度也是相當困難的。再者，許多電子束敏感性材料如蛋白質、高分子等樣品，也必須控制在一定之電子輻照劑量下，才能免於電子束損傷以確保樣品之結構完整。這些因素都限制了目前的穿透式電子斷層掃瞄之影像解析度。

為了探索三維空間原子真正分布之情形，國立清華大學工程與系統科學系陳福榮教授與比利時安特衛普大學Dirk Van Dyck教授之先進原子級斷層掃瞄顯微學合作共同提出新型電子斷層掃瞄顯微學：「‘Big Bang’ tomography as a new route to atomic-resolution electron tomography, 大爆炸斷層攝影學：三維原子解析之新途徑。」，並於2012年六月14日刊登於國際權威學術期刊自然(Nature)。

本篇研究工作發展了與天文物理學中哈伯方程式類似的理論，以由電子顯微鏡影像中的訊息決定原子在三維空間的位置。大爆炸發生後，星球以不同速度遠離我們(紅移)，天文物理學中的哈伯方程式由量測到的星球距離及遠離我們的速度，推測出宇宙誕生(大爆炸)之時間點。陳福榮教授發展之理論是由電鏡影像平面量測到原子不同Fourier分量之｢相位｣及｢相位速率｣的關係，推估到原子在三維空間的位置，量測精準度約為0.2Å。這項先進之三維斷層掃瞄顯微學已透過雙層石墨烯材料之原子結構來展演與證明其理論原理，並且可以適用於類似之層狀材料系統如氮化硼(Boron Nitride)、二硫化鉬(Molybdenum Disulphide)材料系統之三維原子結構分析上。