Впервые физикам удалось сделать снимки структуры атомов с
электронами. Изображения показывают детальный вид электронного облака
атома углерода и получены украинскими учёными из Харьковского
физико-технического института. С 1980-х годов у исследователей была
возможность изучать атомную структуру материалов, но только на уровне
модели, с помощью специальных техник съёмки.
Согласно квантовой механике, электрон не существует в виде одинарной
точки, а окружает ядро в виде облака, известного как орбиталь. Синие
сферы на изображении показывают два состояния расположения электронов
на их орбиталях. Структуры подтверждают иллюстрации, присутствующие в
тысячах книг по химии, потому как совпадают с предсказаниями квантовой
механики. Профессор физики из Стэнфордского университета (Stanford
University) в Калифорнии Дэвид Голдабер-Гордон (David Goldhaber-Gordon)
назвал результаты поразительными. Чтобы получить снимки, исследователи
использовали полевой эмиссионный электронный микроскоп (field-emission
electron microscope, FEEM). Они разместили цепочку из нескольких
десятков атомов углерода в вакуумной камере и пропустили через них
напряжение 425 В. Атом на конце цепочки излучал электроны в окружающий
экран, покрытый люминофором, создавая изображение электронного облака
вокруг ядра.
Микроскопы FEEM используются для изучения микромира ещё 1930-х
годов. Однако до знаменательного события они были способны отобразить
только расположение атомов в образце. Чем острее конец исследуемого
образца в вакуумной камере, тем более высоким разрешением отличается
изображение. За последний год физики научились манипулировать атомами
углерода в цепочках. С расположенным на конце всего лишь одним атомом
микроскоп смог разрешить электронные орбитали. Хотя инструменты
наподобие сканирующего туннельного микроскопа уже позволяют изучать
структуру электронов в многоатомном образце, Голдабер-Гордон считает,
что "всегда хорошо иметь альтернативные подходы. Иногда что-то сложное
при одном взгляде становится ясным при ином. Каждый приближает вас к
полному пониманию". Однако новая техника не получит широкого
распространения из-за специфической структуры образца.
|