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美國科學家最近發現鐵奈米微晶(nanocrystal)是如何通過管徑不一致的碳奈米管(carbon nanotube)了：原來微晶一旦在管中感到束縛，其原子就會在沒有熔化及壓縮下移動，使微晶變形以配合管子的形狀。這個行為在奈米力學上可能有許多應用，甚至可能用來協助合成小型奈米微粒。
科學家原本就知道在碳奈米管上通電流，能驅使金屬奈米微晶在管內沿電流方向移動，且速度取決於電流大小，而倒轉電流方向還能使微晶折返；實驗證實許多金屬微晶(包括銅、鎢及鎵)都有此現象。對於奈米級致動器或記憶元件的研發，以及由金屬微晶內去除雜質，這點尤其重要。以往科學家都是以平滑且管徑一致的碳管來研究這種電遷徙(electromigration)現象，不過萬一碳管的某些部位變細導致微晶比管身還大時，一般認為除非微晶熔化成液體，不然就會堵塞碳管。
加州大學柏克萊分校及勞倫斯柏克萊國家實驗室的研究人員最近發現事實並非如此。他們將鐵奈米微晶填入內徑20 nm的碳管，然後在管長一半處將管徑縮至5 nm，製造阻礙，結果發現當電流通過碳管時，微晶仍然保持固態結晶，但卻能藉由原子間的重組改變形狀擠過狹窄的通道。該團隊以高解析的電子顯微鏡觀察此過程，而電子繞射測量結果顯示微晶並未熔化或遭到壓縮。
該團隊認為當微晶在電流推動下抵達阻塞造成的「接觸區」時，微晶表面遠端的原子會繼續推進至晶粒前端，並迅速被隨後而來的原子覆蓋形成晶粒的一部份，這個過程能讓微晶在阻塞處保持穩定但又能重組結構。他們建立了一個簡單的理論模型，只有滲透位障高度及週期兩個參數，而與碳管的長度及面積、溫度及電遷徙作用力大小無關。
該團隊表示這種原子級的重組過程或許可以用來在碳管內合成或純化某些金屬微粒。詳見Phys. Rev. Lett. 110, 185901(2013)。 |