Τι επιτρέπει στον επιστήμονα να εξετάσει μεμονωμένα άτομα;

Οι επιστήμονες δεν μπορούν πραγματικά να δουν * μεμονωμένα άτομα με τον τρόπο που βλέπουμε καθημερινά αντικείμενα. Τα άτομα είναι πολύ μικρά για να επιλυθούν ακόμη και από τα πιο ισχυρά μικροσκόπια φωτός. Ωστόσο, μπορούν να παρατηρήσουν και να μελετήσουν τα άτομα έμμεσα μέσω διαφόρων τεχνικών:

1. Μικροσκοπία σήραγγας σάρωσης (STM):

* Αυτή η τεχνική χρησιμοποιεί μια αιχμηρή μεταλλική άκρη για να σαρώσει την επιφάνεια ενός υλικού.

* Όταν η άκρη φτάσει αρκετά κοντά σε ένα άτομο, συμβαίνει ένα κβαντικό μηχανικό φαινόμενο που ονομάζεται σήραγγα, επιτρέποντας ένα μικροσκοπικό ρεύμα να ρέει μεταξύ του άκρου και του ατόμου.

* Με τη μέτρηση αυτού του ρεύματος, οι επιστήμονες μπορούν να χαρτογραφήσουν την επιφάνεια με ατομική ανάλυση.

2. Μικροσκοπία ατομικής δύναμης (AFM):

* Το AFM είναι παρόμοιο με το STM, αλλά αντί να χρησιμοποιεί ένα ρεύμα, χρησιμοποιεί έναν μικροσκοπικό ανιχνευτή που συνδέεται με μια δέσμη προβόλου.

* Ο ανιχνευτής αλληλεπιδρά με την επιφάνεια του υλικού και εκτρέπει το πρόβολο.

* Αυτή η παραμόρφωση μετράται από μια δέσμη λέιζερ και χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μιας εικόνας της επιφάνειας, και πάλι με ατομική ανάλυση.

3. Ηλεκτρονική μικροσκοπία (TEM και SEM):

* Αυτές οι τεχνικές χρησιμοποιούν μια δέσμη ηλεκτρονίων για να φωτίσουν ένα δείγμα.

* Τα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν διαφορετικά με τα άτομα, επιτρέποντας στους επιστήμονες να λαμβάνουν πληροφορίες σχετικά με τη δομή και τη σύνθεση του δείγματος.

* Ενώ δεν είναι άμεσα άτομα απεικόνισης, αυτές οι τεχνικές μπορούν να παρέχουν λεπτομερείς εικόνες δομών μεγέθους νανομέτρου και ακόμη και μεμονωμένα μόρια, δίνοντας στους επιστήμονες μια ματιά στον ατομικό κόσμο.

4. Διάθλαση ακτίνων Χ (XRD):

* Αυτή η τεχνική χρησιμοποιεί ακτίνες Χ για να διερευνήσει τη διάταξη των ατόμων σε ένα κρύσταλλο.

* Το πρότυπο των διασκορπισμένων ακτίνων Χ αποκαλύπτει τις θέσεις των ατόμων μέσα στο κρυσταλλικό πλέγμα, παρέχοντας πληροφορίες σχετικά με την κρυσταλλική δομή.

5. Φασματοσκοπικές τεχνικές:

* Διάφορες φασματοσκοπικές τεχνικές, όπως η φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ (XPS), χρησιμοποιούν την αλληλεπίδραση του φωτός ή των σωματιδίων με άτομα για να παρέχουν πληροφορίες σχετικά με την ηλεκτρονική δομή τους, το χημικό περιβάλλον και ακόμη και την παρουσία συγκεκριμένων ισοτόπων.

Είναι σημαντικό να θυμάστε ότι αυτές οι τεχνικές δεν είναι "βλέποντας" άτομα με την κυριολεκτική έννοια. Μετρούν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ατόμων και ενός ανιχνευτή ή δέσμη φωτός ή σωματιδίων, και στη συνέχεια χρησιμοποιούν αυτές τις μετρήσεις για να συναχθούν οι ιδιότητες και η διάταξη των ατόμων.