دیدن اتم

فرض کنیم شما تلاش کنید با استفاده از قویترین میکروسکوپ نوری جهان اتم را مشاهده کنید.چه اتفاقی میافتد؟

شما احتمالا می خواهید نور از اتم به میکروسکوپ انعکاس یابد.

نور خواص موج را دارد.بنابراین موجهای نوری تصوری ما روی اتم می درخشند.

طول موج نور مرئی تقریتا 10 هزار برابرطول اتم نوعی ما است.

برای کمک به فهم ما اجازه بدهید درباره موجهای آب که روی ساحل نقش بازی می کنند فکر کنیم، اگر شما در آب بایستید موج آب از بدن شما بدون اثر عبور می کند و به سختی انرژی موج برگشت پیدا می کند.علت این امر این است که اندازه بدن ما خیلی کوچکتر از طول موج آب دریا است.

موج حرکت می کند مثل اینکه شما آنجا نبودید بنابراین موج بازگشتی در حظور شخصی که در آب ایستاده است آشکار نخواهد شد .

طول موج نور مرئی تقریبا 10^(-6)متر(1000nm) است واندازه یک اتم نوعی  10^(-10) است که این 10000 بار کوچکتر از طول موج نور است.از این رو اتم خیلی کوچکتر از طول موج نور مرئی است و خیلی کوچکتر از اینکه نور را منحرف کند و آن را انعکاس دهد،بنابراین مشاهده اتم توسط میکروسکوپ نوری امکان پذیر نیست.

چه مقدار امواج رادیویی که طول موج آن کمتر از نور مرئی است وجود دارد؟

اشعه ایکس دارای طول موجی است که مقدار آن با اندازه اتم یکسان است.

ولی موج انعکاسی اشعه ایکس یک شکل پیچیده از مکان اتم است که بستگی به ترتیب اتمها دارد.آنالیز و برسی این الگوی پیچیده اطلاعات زیادی درباره کریستالها آشکار می کند.

اما تصاویر اموامج ایکس نمی تواند اتم تنها و منقرد را به نشان دهد.

بهترین راه برای دیدن اتم استفاده از وسیله ای به نام scaning toneling microscope  است.

که بر اساس تونل زدن پایه گذاری شده است.

یک سوزن کوچک وارد سطح 10^(-9) متری فلز می شود و جریان الکتریکی باعث فرایند تونل زنی می شود.قدرت تفکیک آن بستگی به سوزن و اتم و کاهش اندازه آنها برای افزایش قدرت تفکیک.

یک سیستم کنترل اتوماتیک که بر اساس تولید جریان کار می کند جزئیات نقشه سطح را نشان می دهد.

هنگامی که جریان برقرار می شود سوزن روی سطح اتمها حرکت می کند وروی سطح ساییده مشود برخورد سوزن با اتمها باعث بالا و پایین رفتن سوزن خواهد شد.ثبت حرکت سوزن و مانیتور کردن آن باعث تشکیل تصویر از اتمها می شود(درست به اندازه اتمهای منفرد)

این تصویر نشان می دهد که حصار ذرات چیست.

یک حلقه از 48 اتم آهن همراه با الکترونهای حصار شده در درون حلقه که در قسمت آبی نشان داده شده است و از خروج آنها جلوگیری شده است.

چطور ما می توانیم اتم را حرکت دهیم؟

اگر جریان درست باشد اتم به نوک سوزن خواهد چسپید وقتی اتم در موقعیت مطلوب است جریان معکوس می شود و اتم رو سطح باقی می ماند.این تصویر حصار کوانتومی را نشان می دهد که سوار کردن اتمها شروع شده است.

این تکنیک امکان انجام تمام تحقیقات جدید شیمی را می دهد،چون شیمی دانها اغلب اوقات و به صورت جدی به دنبال قرار دادن اتمها کنار هم و ساختن مولکول ها هستند.به کمک این دستگاه امکان ساختن مولکولهان جدید فراهم می شود.