Мы уже разбирались с тем, что все методы поиска частиц по своей сути косвенные. Увидеть субатомную частичку просто невозможно. Чуть лучше ситуация с атомом. Но по сути и атом не получится рассматривать в микроскоп. Поэтому, если мы и работаем с якобы изображением атома, то это лишь результат компьютерного моделирования на базе собранной информации.
При работе в атомных масштабах видимый свет не может "разглядеть" объекты меньше, чем его дифракционный предел. Можно провести аналогию с тем, чтобы издалека увидеть приближающуюся машину ночью. Её две фары будут выглядеть как одно большое размытие. То же самое и с атомами. Свет не сможет "разложить" материал отдельные атомы.
Поэтому на практике используют другие приемы. Например, атом можно пощупать.
Так работает сканирующая туннельная микроскопия. Иглу подносят близко к поверхности, и когда кончик иглы приближается к атому, она обнаруживает изменение электрического тока. Это различие подразумевает наличие атома в этом месте. Потом делается визуализация зоны общупывания.
Мы не столько смотрим на атомы, сколько чувствуем их. Изображение, которое вы видите ниже, на самом деле является реконструкцией чего-то вроде этого.
На самом деле такой микроскоп распознает поверхность с помощью чрезвычайно острого проводящего наконечника, который может различать объекты размером менее 0,1 нм с разрешением по глубине 0,01 нм (10 пм).
Это означает, что отдельные атомы можно визуализировать и даже манипулировать ими. Про манипуляцию полезно рассказать отдельно. Компания IBM создала целый ролик, где передвигая единичные атомы создала простенький мультик. Он назывался "мальчик и его атом". По факту разработчики двигали щупом микроскопа единичные атомы и получили красивую картинку.
Большинство сканирующих туннельных микроскопов предназначены для использования в сверхвысоком вакууме при температурах, приближающихся к абсолютному нулю, но существуют варианты для исследований в воздухе, воде и других средах, а также для температур выше 1000 °C.
Полезно отметить, что в основе работы такого микроскопа лежит концепция квантового туннелирования. Это тот самый эффект, про который часто пишут, что его не существует. Когда зонд подносится очень близко к исследуемой поверхности, напряжение смещения, приложенное между ними, позволяет электронам туннелировать через вакуум, разделяющий их. Результирующий туннельный ток зависит от положения зонда, приложенного напряжения и локальной плотности состояний образца. Информация собирается путем мониторинга тока при сканировании наконечника по поверхности и обычно отображается в виде изображения, которое было приведено выше.
Изображение, которое вы получаете, представляет собой топографическую карту с атомным разрешением интенсивности тока по отношению к 2D-положению на поверхности. Этот подход можно было бы назвать методом измерения тока.
Фактическое качество изображения очень сильно зависит от качества наконечника датчика микроскопа и чистоты поверхности образца. Любое загрязнение, коррозия или адсорбированная влага плохо скажутся на изображении. Вот почему в приборах высочайшего качества образец помещается в очень высокий вакуум.
💥 Ещё один интересный канал ДЗЕН от меня про Изобретения и их методологию
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта! Там самое интересное по теме.
✅ Поддержать проект монеткой или задать вопрос можно тут! Здесь же я публикую фрагменты будущей книги, которую могут читать подписчики
👉💖 Ставьте лайки материалу, подписывайтесь на проект! И не забывайте нажать на ДЗЕН-колокол 🔔