Nufotografuotas anglies atomo elektronų debesis

Ukrainos Charkovo fizikos ir technologijų instituto fizikams pirmą kartą pavyko nufotografuoti atomo struktūrą elektronų lygmenyje. Nuotraukose matomas palyginti detalus pavienio anglies atomo elektronų formuojamas debesis.

Tai pirmas kartas, kada mokslininkams pavyko pažvelgti į vidinę atomo struktūrą. Matematiškai vidinę šios dalelės sandarą specialistai aprašė dar devintojo dešimtmečio pradžioje, tačiau vaizdų technologijas pasitelkti pavyko tik dabar.
Pagal kvantinės mechanikos teiginius laikoma, kad elektronas neegzistuoja kaip vienas materialus taškas, tačiau skrieja aplink atomo branduolį, suformuodamas elektronų debesį, kuris dar yra žinomas orbitalės pavadinimu. Elektrono buvimas tam tikrame taške gali būti apibūdinamas tik tikimybiškai. Nuotraukoje matomos "išsiliejusios" mėlynos sferos vaizduoja dvi elektronų ir jų orbitalių anglies atome konfigūracijas. Šie vaizdai patvirtina chemijos ir fizikos vadovėliuose pateikiamą informaciją, t.y. atitinka visuotinai priimtas kvantinės mechanikos prielaidas.

Kalifornijos Stanford universiteto (JAV) fizikos profesorius David'as Goldhaber-Gordon'as šį mokslinį pasiekimą vadina įspūdingu. „Vienas šio metodo pranašumų yra tai, kad jis suteikia apčiuopiamus rezultatus. Mes, kaip žmonės, mėgstame matyti realius vaizdus, tokius kaip nuotraukos, ir tokią informaciją mes įsisaviname daug greičiau ir lengviau, ypač tie žmonės, kurie mažiau įsigilinę į fizikos subtilybes“.

Šioms nuotraukoms užfiksuoti mokslininkai panaudojo lauko emisijos elektronų mikroskopą (angl. field-emission electron microscope, FEEM). Jie vienoje vakuuminės kameros vietoje patalpino standžią dešimties anglies atomų grandį ir šį mėginį paveikė 425 voltų įtampa. Grandies viršūnėje esantis anglies atomas emitavo elektronus, kurie atsitrenkę į mėginį supantį fosforo ekraną atkūrė branduolį supančio elektronų debesies vaizdą. Lauko emisijos elektroniniai mikroskopai yra pagrindinis mokslininkų įrankis jau nuo ketvirtojo dešimtmečio. Jais tyrinėtojai nuolat gilinosi į vis mažesnių objektų sandarą. Iki šiol šiais mikroskopais buvo galima įžvelgti tik atominę medžiagų sandarą.

„Kuo smailesnė yra mėginio viršūnė, nukreipta į fosforo ekraną vakuuminėje kameroje, tuo didesnė gautojo vaizdo skiriamoji geba“, aiškina vienas iš tyrimo autorių Igoris Mikhailovskij. Pastaraisiais metais fizikai mokėsi manipuliuoti anglies atomų grandimis. Kai mėginio viršūnė yra vos vieno atomo pločio, mikroskopu galima įžvelgti atomų orbitales. Charkovo mokslininkai yra pirmieji, kuriems pavyko užfiksuoti realias vieno atomo elektronų debesies nuotraukas ir taip leido akimis pažvelgti į kvantinės mechanikos prielaidas.

„Nors panašius tyrimus jau bandoma atlikti skenuojančiais tuneliniais mikroskopais, visada gerai turėti alternatyvius metodus“, sako Goldhaber-Gordon'as. „Kartais tai, kas yra neaišku vienu požiūriu, tampa visiškai suprantama pritaikius kitą, alternatyvų požiūrį. Kiekvienas jų mus veda artyn link tikrojo supratimo“. Goldhaber-Gordon'as taip pat mano, kad metodas ateityje galbūt nebus labai populiarus, nes jam reikalinga speciali tiriamojo mėginio atominė struktūra. „Šiuo metu metodas daug svarbesnis tuo požiūriu, kad leidžia tiesiogiai pažvelgti į kvantinės mechanikos dėsnius, o ne tirti naujas medžiagų savybes. Tačiau tai gali pasikeisti, jei Ukrainos mokslininkams pavyks metodą patobulinti“, svarsto specialistas.

   

Facebook komentarai