Imagine atom fier
O nouă tehnologie, denumită SX-STM (synchrotron X-ray-scanning tunneling microscopy), permite „fotografierea” unui atom cu ajutorul razelor X, detectarea tipului de atom analizat, precum și măsurarea simultană a stării chimice a atomilor.
Într-un articol recent publicat în revista Nature de mai mulți cercetători din SUA se arată că, folosind un detector specializat, aceștia au reușit să descrie identitatea și starea chimică a unui singur atom.
Scanarea cu efect de tunel (scanning tunnelling microscopy / STM) este o tehnică de scanare inventată în 1981 care se bazează pe efectul tunel (fenomen cuantic). Pe măsură ce capul microscopului scanează suprafața substanței studiate, electronii se transferă (prin efectul tunel) către suprafața respectivă. Curentul de tunelare este măsurat și poate fi transformat într-o imagine.
SX-STM, tehnica recentă de scanare a atomilor, utilizată în realizarea imaginii de sus din articol, combină efectul tunel cu radiația de sincrotron (apare la deplasarea electronilor în câmp magnetic pe orbite circulare). Această tehnică folosește un tip diferit de detector: un cap de metal ascuțit, situat extrem de aproape de obiectul studiat, care colectează electronii excitați prin intermediul razelor X. Așadar, razele X lovesc mostra și excită electronii materialului studiat, care se transferă către capul detectorului. Această fotoabsorbție a electronilor reprezintă o „semnătură” unică a tipului de atom studiat.
Tehnica permite și compararea stării chimice a atomilor. De exemplu, s-a comparat starea chimică a atomilor de fier și a celor de terbiu din cadrul unor molecule, descoperindu-se că atomul de terbiu, un metal rar, este mai degrabă izolat și nu-și schimbă starea chimică, pe când atomul de fier interacționează puternic cu mediul.
Cercetătorii au creat și o altă tehnică, denumită X-ERT (X-ray-excited resonance tunneling) pentru a detecta orientarea orbitalului unei singure molecule pe suprafața unui material.
2008 - prima imagine a unui atom de hidrogen
În 2008 fizicieni americani au folosit microscopul cu transmisie de electroni (TME) pentru a observa, pentru prima oară, un atom de hidrogen. Cercetătorii au folosit o foiță de grafen, groasă de un singur atom, pentru a identifica și „fotografia” atomi de hidrogen.
Atomi de hidrogen și carbon (indicați de săgeți)
2013 - prima imagine a orbitalului electronic al unui atom
Prima observare directă a orbitalului electronic al unui atom s-a realizat cu ajutorul unui microscopic cuantic în anul 2013.
Structura nodală a orbitalului electronic al unui atom de hidrogen plasat într-un câmp electric static
-- Citește și: Prima imagine a structurii orbitale a atomului e hidrogen
Înțelegerea curentă a atomului
Înțelegerea curentă a mecanismului atomic diferă mult de cea „clasică”, cel mai probabil încă larg răspândită în rândul publicului familiarizat cu știința. De exemplu, electronii nu se deplasează în jurul nucleului atomic, căci aceștia nu sunt, în fapt, particule, ci unde. Detectarea unui electron, aparent sub forma unei particule, este rezultatul unei măsurători. Dacă verifici de multiple ori unde se află un electron, o să-l găsești în diverse locuri de fiecare dată (încă o dată, este vorba despre detectarea cu aparatul de măsură, nu de identificarea efectivă a unui electron-particulă). Dacă, pe baza măsurătorilor, întocmești o hartă a pozițiilor electronului, ajungi la o formă ciudată denumită orbital.
În ce privește mecanismul atomic, recomand două articole publicate pe scientia:
-- O vizualizare a atomului mai aproape de realitate (video)
-- Cum sunt distribuiți electronii în cadrul unui atom
Sursa: ArsTechnica
