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自從提出原子是世界的基本組成部份以來，科學家就仍然企圖了解它們如何以及為何彼此結合。不管是一個分子（是一組以特定形式聯接在一起的原子），還是一塊材料或整個生物，最終，一切都由原子間成鍵和斷鍵的方法控制。
挑戰在于物理鍵的厚度在0.1-0.3nm之間，是人頭發的長度一百萬分之一，這促使直接成像一對原子之間的鍵顯得困難。先進的顯微鏡（比如原子力顯微鏡（AFM）或掃描隧洞顯微鏡（STM））可以解析原子位置并直接檢測鍵長，而且實時連續拍攝物理鍵破裂和產生，是科學界的最大挑戰之一。
美國和英國的研究團隊早已迎來了這一挑戰，由烏爾姆學院材料科學電子顯微鏡（ofintheofUlm）負責人烏特·凱澤（Ute）院長和薩里學院物理大學（ofattheof）的安德烈·赫洛比斯托夫（）院士領導的小組在《科學進展》上發表了“在原子尺度上無支持的Re2金屬-金屬鍵的成像”，這是日本科學發展商會的刊物，囊括了科學工作的所有方面。Re2：是兩個錸原子組成的分子。
納米試管中的原子
這組研究人員以其在透射電子顯微鏡（TEM）方面的開創性應用而聞名，該技術可在單分子水平上記錄物理反應的“運動”影像，而且還能拍攝借助碳納米管作為納米催化劑，微小金屬原子團的運動。碳納米管-只有一個原子長度的空心圓錐體，半徑在分子規模，只有1-2納米。在這兒碳納米管作為原子的微型試管。
安德烈·赫洛比斯托夫院長說：“納米管可以幫助我們捕獲原子或分子，并將它們精確定位在我們想要的位置。在這些情況下，我們捕獲了一對鍵合在一起的錸原子產生錸2。由于錸具有高原子量，在TEM中比輕元素更容易聽到，這使我們能否將每位金屬原子辨識為一個黑點。”
烏特·凱澤院長補充說：“當我們通過最先進的彩色和球差校準SALVETEM對這種雙原子分子進行成像時，我們觀察到了吸附在納米管石墨晶格上的錸2的原子尺度運動，并發覺了鍵長在一系列離散步驟中改變”。
兩個較大的黑點。物理鍵斷鍵的頓時，這個物理鍵只有人的毛發長度的50萬分之一。圖象：伯明翰學院
電子束的雙重用途
該小組擁有將電子束用作雙重用途的豐富記錄：精確的原子位置成像以及因為能量從電子束的快速電子轉移到原子而造成的物理反應。TEM的“二合一”技巧使那些研究人員才能記錄過去發生反應的分子的電影，如今，她們能否連續拍攝由物理鍵產生的錸2順著納米管“行走”的鏡頭。烏爾姆學院研究助理Cao博士發覺了這些現象并進行了成像實驗，他說：“令人吃驚的是，清楚的記錄了兩個原子怎么成對運動，清楚地表明了它們之間的鍵。重要的是，當錸2順著納米管向上聯通時化學鍵斷裂，鍵長會改變。
打破物理鍵
一段時間后，錸2的原子表現出震動，將原本的方形變型為橢圓形并拉伸了鍵。當鍵長達到超過原子直徑之和時，鍵會破裂而且震動停止，這表明原子顯得彼此獨立。不久以后，原子又重新結合在一起，重新產生了錸2分子。
薩里學院的博士后研究助理史蒂芬·斯科龍（）博士進行了錸2鍵的估算，他說：“金屬原子之間的鍵在物理中十分重要，非常是對于了解材料的磁性、電子或催化特點。具有挑戰性的是過渡金屬（比如錸）可以產生從單鍵到五鍵的不同數目的鍵。在此TEM實驗中，我們觀察到兩個錸原子主要通過四鍵鍵合，這為過渡金屬物理提供了新的基礎知識。”
電子顯微鏡作為物理家的新剖析工具
安德烈·赫洛比斯托夫說：“據我們所知化學鍵斷裂，這是第一次在原子尺度上拍攝鍵的變化、斷裂和產生。電子顯微鏡早已成為確定分子結構的剖析工具，尤其是隨著分子結構的發展。該技術獲得了2017年諾貝爾物理獎的認可。我們如今正在推進分子成像的前沿領域，趕超簡單的結構剖析，并實時了解單個分子的動力學。”研究小組覺得，將來有三天電子顯微鏡可能會成為研究物理反應的通用方式，類似于物理實驗室廣泛使用的波譜技巧。