化学是研究原子间成键(或离解)的学科。事实上，化学键如何形成的知识不仅是所有化学领域的基础，也是材料科学等领域的基础。然而，传统的化学研究在很大程度上局限于稳定化合物的研究。化学反应中原子间动态组装的研究很少受到关注。然而，随着最近计算化学的进步，动态的、短寿命的结构越来越重要。对原子间动态键的实验观察和表征，如金属二聚体的形成，将为化学和材料科学开辟新的研究前沿。
然而，观察这种债券动态也需要开发一种新的方法。这是因为传统的表征技术只提供时间平均结构信息，因此，不足以观察成键过程。
在此背景下，以东京工业大学副教授今冈高根为首的日本研究人员提出了一个巧妙的解决方案。在发表在《自然通讯》杂志上的研究中，该团队结合了视频跟踪和一种名为“环形暗场扫描透射电子显微镜”(ADF-STEM)的技术，对不同的金属原子相互作用进行了连续成像。这使得他们可以直接观察由两个相似的原子(均金属二聚体)、两个不同的原子(异金属二聚体)和三个不同的原子(异金属三聚体)组装而成的瞬态结构。
该团队首先使用一种名为“电弧等离子体沉积”的方法，在石墨烯纳米板上沉积金(Ag)、银(Ag)和铜(Cu)的原子。为了确保有足够的孤立单原子可用，沉积被限制在大约0.05-0.015单层，并在石墨烯衬底的平坦区域进行高倍观察。
“原子的元素识别可以实时跟踪移动的原子，而ADF-STEM允许在电子剂量下观察原子。这帮助我们避免了单原子分析通常需要的高电流密度，这可能会导致材料损坏，”Imaoka博士解释道。
此外，ADF-STEM成像显示了极高的原子分辨精度，从Au-Ag的98.7%到Au-Cu对的99.9%。其他的配对也显示出类似程度的歧视。此外，该团队还能够观察到Au-Ag-Cu，一种寿命极短的异质金属三聚体。
Imaoka博士说:“虽然我们的快照与理论计算预测的结构并不完全一致，但观察到的结构中元素之间的平均键长与计算结果很好地吻合。”
这项研究的显著发现可能会导致纳米科学的快速发展，其中金属团簇和亚纳米颗粒的表征正变得越来越重要，在此过程中，打开了一个全新的物质领域的大门。