Ποια είναι τα εργαλεία που χρησιμοποιούσαν οι επιστήμονες για να παρατηρούν άτομα;
1. Μικροσκόπια:
* Μικροσκόπιο σήραγγας σάρωσης (STM): Αυτό το μικροσκόπιο χρησιμοποιεί μια αιχμηρή μεταλλική άκρη για να σαρώσει την επιφάνεια ενός υλικού. Η άκρη φέρεται απίστευτα κοντά στην επιφάνεια και ένα κβαντικό φαινόμενο που ονομάζεται "σήραγγα" επιτρέπει στα ηλεκτρόνια να ρέουν μεταξύ του άκρου και του υλικού. Αυτό το ρεύμα μετράται και χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μιας εικόνας της επιφάνειας σε ατομικό επίπεδο.
* μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (AFM): Παρόμοια με το STM, αλλά χρησιμοποιεί ένα μικροσκοπικό πρόβολο με απότομη άκρη για να σαρώσει την επιφάνεια. Η άκρη αλληλεπιδρά με τα άτομα της επιφάνειας και στροφές ή εκτροπές, η οποία μετράται για να δημιουργήσει μια 3D εικόνα της επιφάνειας.
* ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης (TEM): Τα ηλεκτρόνια εκτοξεύονται μέσω ενός λεπτού δείγματος και η αλληλεπίδρασή τους με τα άτομα μέσα στο δείγμα δημιουργεί μια εικόνα. Αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται για την παρατήρηση της εσωτερικής δομής των υλικών, συμπεριλαμβανομένης της διάταξης των ατόμων εντός των μορίων.
* ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM): Μια εστιασμένη δέσμη ηλεκτρονίων σαρώνεται σε όλη την επιφάνεια ενός δείγματος. Η αλληλεπίδραση των ηλεκτρονίων με το δείγμα δημιουργεί σήματα που παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τη μορφολογία της επιφάνειας του δείγματος, τη σύνθεση και άλλες ιδιότητες. Αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται για την παρατήρηση της δομής της επιφάνειας των υλικών στη νανοκλίμακα.
2. Φασματοσκοπία:
* περίθλαση ακτίνων Χ (XRD): Αυτή η τεχνική χρησιμοποιεί την περίθλαση των ακτίνων Χ από τα άτομα σε ένα κρυσταλλικό πλέγμα για να προσδιορίσει τη διάταξη των ατόμων και την απόσταση μεταξύ τους. Αυτό παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη δομή και τις ιδιότητες των κρυστάλλων και των υλικών.
* Ηλεκτρονική φασματοσκοπία: Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί ηλεκτρόνια για να διερευνήσει την ηλεκτρονική δομή των ατόμων και των μορίων. Διαφορετικοί τύποι φασματοσκοπίας ηλεκτρονίων, όπως η φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ (XPS), η φασματοσκοπία ηλεκτρονίων Auger (AES) και η φασματοσκοπία απώλειας ενέργειας ηλεκτρονίων (EELS), παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τη χημική σύνθεση, τις ηλεκτρονικές καταστάσεις και τη συγκόλληση των υλικών.
* Πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός (NMR): Αυτή η τεχνική χρησιμοποιεί μαγνητικά πεδία για να ευθυγραμμίσει τους πυρήνες των ατόμων και στη συνέχεια να ανιχνεύει τις αλληλεπιδράσεις τους μεταξύ τους. Το NMR χρησιμοποιείται για να μελετήσει τη δομή των μορίων, τη δυναμική των ατόμων σε μόρια και τις ιδιότητες των υλικών.
3. Άλλες τεχνικές:
* φασματομετρία μάζας: Αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του λόγου μάζας προς φόρτιση των ιόντων, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον εντοπισμό και τον ποσοτικό προσδιορισμό των διαφορετικών ατόμων και των μορίων που υπάρχουν σε ένα δείγμα.
* επιταχυντές σωματιδίων: Αυτές οι συσκευές επιταχύνουν τα φορτισμένα σωματίδια σε πολύ υψηλές ενέργειες, επιτρέποντάς τους να διερευνήσουν τη δομή της ύλης σε πολύ μικρές κλίμακες. Αυτό περιλαμβάνει πειράματα που αφορούν άτομα και τους ψηφοφόρους τους.
Αυτά είναι μόνο μερικά από τα πιο συνηθισμένα εργαλεία που χρησιμοποιούν οι επιστήμονες για να παρατηρούν άτομα. Το συγκεκριμένο εργαλείο που χρησιμοποιείται θα εξαρτηθεί από τον τύπο των πληροφοριών που αναζητούνται και τη φύση του δείγματος που μελετάται.
Αξίζει να σημειωθεί ότι η άμεση παρατήρηση των μεμονωμένων ατόμων παραμένει προκλητική. Οι περισσότερες τεχνικές παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τη συλλογική συμπεριφορά πολλών ατόμων ή έμμεσων στοιχείων σχετικά με τη δομή και τις ιδιότητές τους. Ωστόσο, οι εξελίξεις στην τεχνολογία βελτιώνουν συνεχώς την ικανότητα των επιστημόνων να διερευνήσουν τον ατομικό κόσμο με μεγαλύτερη ακρίβεια και λεπτομέρειες.
