Атомын бүтэц, зарчим. Устөрөгчийн атомын тойрог замын бүтцийн анхны зураг Микроскопоор хийсэн атомууд

Электрон үүлийг барьж буй устөрөгчийн атом. Хэдийгээр орчин үеийн физикчид хурдасгуур ашиглан протоны хэлбэрийг тодорхойлж чаддаг ч устөрөгчийн атом нь хамгийн жижиг объект хэвээр байх бөгөөд түүний зургийг гэрэл зураг гэж нэрлэх нь зүйтэй юм. Lenta.ru тоймыг толилуулж байна орчин үеийн аргуудбичил ертөнцийн гэрэл зураг.

Хатуухан хэлэхэд энэ өдрүүдэд энгийн гэрэл зураг бараг үлдсэнгүй. Бидний зуршилд гэрэл зураг гэж нэрлэдэг бөгөөд жишээлбэл Lenta.ru-ийн ямар ч гэрэл зургийн тайлангаас олж болох зургууд нь үнэндээ компьютерийн загварууд юм. Тусгай төхөөрөмж дэх гэрэл мэдрэмтгий матриц (уламжлал ёсоор үүнийг "камер" гэж нэрлэдэг) хэд хэдэн өөр өөр спектрийн муж дахь гэрлийн эрчмийн орон зайн тархалтыг тодорхойлж, хяналтын электроникууд энэ өгөгдлийг тоон хэлбэрээр хадгалдаг, дараа нь өөр электрон хэлхээ, Энэ өгөгдөл дээр үндэслэн шингэн болор дэлгэц дээрх транзисторуудад тушаал өгдөг. Кино, цаас, тэдгээрийг боловсруулах тусгай шийдэл - энэ бүхэн чамин болсон. Хэрэв бид энэ үгийн шууд утгыг санаж байвал гэрэл зураг бол "хөнгөн зураг" юм. Тэгэхээр эрдэмтэд чадсан гэж юу хэлэх вэ зураг авахатом нь зөвхөн тодорхой хэмжээний конвенцоор л боломжтой юм.

Бүх одон орны зургийн талаас илүү хувь нь хэт улаан туяа, хэт ягаан туяа, рентген дурангаар хийгдсэн байдаг. Электрон микроскоп нь гэрлээр биш харин электрон туяагаар цацруулдаг бол атомын хүчний микроскоп нь дээжийн рельефийг зүүгээр ч шалгадаг. Рентген туяаны микроскоп, соронзон резонансын томографууд байдаг. Эдгээр бүх төхөөрөмжүүд нь бидэнд янз бүрийн объектын үнэн зөв зургийг өгдөг бөгөөд мэдээжийн хэрэг "хөнгөн зураг" -ын талаар ярих шаардлагагүй ч бид ийм зургуудыг гэрэл зураг гэж нэрлэхийг зөвшөөрөх болно.

Протоны хэлбэр эсвэл бөөмс доторх кваркуудын тархалтыг тодорхойлох физикчдийн туршилтууд хөшигний ард үлдэх болно; бидний түүх атомын цар хүрээгээр хязгаарлагдах болно.

Оптик хэзээ ч хуучирдаггүй

20-р зууны хоёрдугаар хагаст оптик микроскопыг сайжруулах боломж байсаар байна. Биологийн болон анагаах ухааны судалгааны шийдвэрлэх мөч бол флюресцент будаг, зарим бодисыг сонгон шошголох боломжийг олгодог аргууд бий болсон явдал байв. Энэ бол "зөвхөн шинэ будаг" биш, жинхэнэ хувьсгал байсан юм.

Түгээмэл итгэл үнэмшлээс ялгаатай нь флюресцент нь харанхуйд гэрэлтдэггүй (сүүлийнх нь гэрэлтэлт гэж нэрлэгддэг). Энэ бол тодорхой энергийн квантуудыг (цэнхэр гэрэл гэх мэт) шингээх үзэгдэл бөгөөд дараа нь бага энергитэй бусад квантууд ялгарч, үүний дагуу бусад гэрэл (цэнхэр шингээх үед ногоонууд ялгарах болно). Хэрэв та зөвхөн будагч бодисоос ялгарах квантыг дамжуулж, флюресценц үүсгэдэг гэрлийг хаадаг гэрлийн шүүлтүүр суурилуулсан бол будгийн тод толбо бүхий бараан дэвсгэрийг харж, будагч бодисууд нь дээжийг маш сонгомол өнгөөр ​​будаж чаддаг.

Жишээлбэл, та эсийн араг ясыг будаж болно мэдрэлийн эсулаан, синапсуудыг ногооноор тодруулсан, цөмийг цэнхэр өнгөөр ​​тодруулсан. Та мембран дээрх уургийн рецепторыг илрүүлэх эсвэл эсэд нийлэгжүүлсэн флюресцент шошго хийж болно. тодорхой нөхцөлмолекулууд. Иммуногистохимийн будах арга нь биологийн шинжлэх ухаанд хувьсгал хийсэн. Генийн инженерүүд флюресцент уураг бүхий трансген амьтдыг хийж сурахад энэ арга нь дахин төрөлтийг мэдэрсэн: жишээлбэл, өөр өөр өнгөөр ​​будсан мэдрэлийн эсүүдтэй хулганууд бодит болсон.

Нэмж дурдахад инженерүүд төвлөрсөн микроскоп гэж нэрлэгддэг аргыг гаргаж ирсэн (мөн дадлага хийсэн). Үүний мөн чанар нь микроскоп нь маш нимгэн давхарга дээр төвлөрч, тусгай диафрагм нь энэ давхаргын гаднах объектуудын үүсгэсэн гэрэлтүүлгийг тасалдагт оршдог. Ийм микроскоп нь дээжийг дээрээс доош нь дараалан сканнердаж, зурагны стекийг авах боломжтой бөгөөд энэ нь гурван хэмжээст загварт бэлэн суурь болдог.

Лазер болон нарийн туяаны хяналтын системийг ашиглах нь тод гэрлийн дор биологийн нарийн дээжийг будах, хатаах асуудлыг шийдсэн: лазер туяа нь зөвхөн зураг авахад шаардлагатай үед л дээжийг сканнердаж байна. Нарийн хараатай нүдний шилээр том сорьцыг шалгахад цаг хугацаа, хүчин чармайлт гаргахгүйн тулд инженерүүд автомат сканнердах системийг санал болгов: орчин үеийн микроскопын тайзан дээр дээж бүхий шил тавьж болно. бие даан бүх дээжийн том хэмжээний панорама авах. Үүний зэрэгцээ энэ нь зөв газруудад анхаарлаа төвлөрүүлж, дараа нь олон хүрээг хооронд нь оёх болно.

Зарим микроскопууд нь амьд хулгана, харх, эсвэл ядаж жижиг сээр нуруугүй амьтдыг агуулж болно. Бусад нь бага зэрэг томруулдаг боловч рентген аппараттай хослуулдаг. Чичиргээнээс үүсэх хөндлөнгийн оролцоог арилгахын тулд олонх нь нарийн хяналттай бичил уур амьсгалтай өрөөнд хэдэн тонн жинтэй тусгай ширээн дээр суурилуулсан байдаг. Ийм системийн өртөг нь бусад электрон микроскопуудын үнээс давж, хамгийн үзэсгэлэнтэй хүрээний төлөөх уралдаанууд эрт дээр үеэс уламжлал болжээ. Нэмж дурдахад, оптикийн сайжруулалт үргэлжилж байна: шилний хамгийн сайн төрлийг хайж олох, линзний оновчтой хослолыг сонгохоос эхлээд инженерүүд гэрэлд анхаарлаа төвлөрүүлэх арга руу шилжсэн.

Бид тусгайлан тоо гаргасан техникийн дэлгэрэнгүй мэдээлэлбиологийн судалгааны салбарын ахиц дэвшил нь бусад салбарын ахицтай холбоотой байсаар ирсэн гэдгийг харуулах зорилгоор. Хэдэн зуун гэрэл зургийн будсан эсийн тоог автоматаар тоолох компьютер байхгүй байсан бол супермикроскоп төдийлөн ашиггүй байх байсан. Мөн флюресцент будагч бодисгүйгээр бүх сая эсүүд бие биенээсээ ялгагдахааргүй тул шинэ эс үүсэх эсвэл хуучин эсийн үхлийг хянах бараг боломжгүй юм.

Нэг ёсондоо анхны микроскоп бол бөмбөрцөг линзтэй хавчаар юм. Ийм микроскопын аналог нь нүхтэй, дусал устай энгийн тоглоомын карт байж болно. Зарим мэдээллээр ижил төстэй төхөөрөмжийг өнгөрсөн зуунд Колыма дахь алт олборлогчид ашиглаж байжээ.

Дифракцийн хязгаараас давсан

Оптик микроскоп нь үндсэн сул талтай. Баримт нь гэрлийн долгионы хэлбэрийг ашиглан долгионы уртаас хамаагүй богино болсон объектын хэлбэрийг сэргээх боломжгүй юм: ижил амжилттайгаар та материалын нарийн бүтцийг гараараа шалгаж үзэхийг оролдож болно. зузаан гагнуурын бээлий.

Дифракцийн улмаас үүссэн хязгаарлалтыг физикийн хуулийг зөрчихгүйгээр хэсэгчлэн даван туулсан. Хоёр нөхцөл байдал нь оптик микроскопыг дифракцийн сааданд шумбахад тусалдаг: флюресценцийн үед бие биенээсээ хол зайд орших будгийн молекулууд квант ялгаруулдаг, мөн гэрлийн долгионы суперпозициас болж үүнийг хийх боломжтой байдаг. долгионы уртаас бага голчтой тод толбо авах.

Бие биедээ давхарласан үед гэрлийн долгионбие биенээ харилцан хүчингүй болгох чадвартай тул дээжийн гэрэлтүүлгийн параметрүүдийг хамгийн бага талбайг гэрэлтэй хэсэгт оруулахаар тохируулах хэрэгтэй. Жишээлбэл, зураг дээрх хий үзэгдэлийг арилгах боломжийг олгодог математикийн алгоритмуудтай хослуулан ийм чиглэлтэй гэрэлтүүлэг нь буудлагын чанарыг эрс нэмэгдүүлдэг. Жишээлбэл, оптик микроскоп ашиглан эсийн доторх бүтцийг судлах, тэр ч байтугай (тайлбарласан аргыг конфокаль микроскоптой хослуулах замаар) тэдгээрийн гурван хэмжээст дүрсийг авах боломжтой болно.

Электрон микроскопыг электрон төхөөрөмжид

Атом ба молекулуудыг нээхийн тулд эрдэмтэд тэдгээрийг харах шаардлагагүй байв. молекулын онолобъектыг харах шаардлагагүй байсан. Гэхдээ микроскопыг зохион бүтээсний дараа л микробиологи боломжтой болсон. Тиймээс эхлээд микроскопууд нь анагаах ухаан, биологитой холбоотой байв: харьцангуй жижиг объектуудыг судалдаг физикч, химич нар бусад хэрэгслээр хангадаг байв. Тэд бичил ертөнцийг харахыг хүсэх үед дифракцийн хязгаарлалт нь ноцтой асуудал болсон, ялангуяа дээр дурдсан флюресценцийн микроскопийн аргууд нь тодорхойгүй байсан тул. Шалгах шаардлагатай объект нь бүр жижиг бол нарийвчлалыг 500-аас 100 нанометр болгон нэмэгдүүлэх нь утгагүй юм!

Германы физикчид электронууд долгион болон бөөмсийн аль алинд нь ажиллах чадвартайг мэдээд 1926 онд электрон линз бүтээжээ. Үүний цаад санаа нь ямар ч сургуулийн сурагчдад маш энгийн бөгөөд ойлгомжтой байсан: цахилгаан соронзон орон нь электронуудыг хазайдаг тул эдгээр бөөмсийн цацрагийн хэлбэрийг өөрчлөх, тэдгээрийг өөр өөр чиглэлд татах, эсвэл эсрэгээрээ диаметрийг багасгахад ашиглаж болно. цацрагийн. Таван жилийн дараа буюу 1931 онд Эрнст Руска, Макс Нолл нар дэлхийн анхны электрон микроскопыг бүтээжээ. Төхөөрөмжид дээжийг эхлээд электрон туяагаар гэрэлтүүлж, дараа нь электрон линз нь тусгай гэрэлтэгч дэлгэц дээр унахаас өмнө дамжин өнгөрдөг туяаг өргөжүүлсэн. Анхны микроскоп нь ердөө 400 дахин томруулсан боловч гэрлийг электроноор сольсноор хэдэн зуун мянган дахин томруулсан гэрэл зураг авах замыг нээсэн: зохион бүтээгчид хэдхэн техникийн саад бэрхшээлийг даван туулах хэрэгтэй болсон.

Электрон микроскоп нь эсийн бүтцийг урьд өмнө нь боломжгүй байсан чанарыг судлах боломжийг олгосон. Гэхдээ энэ зурагнаас эсийн нас, тэдгээрийн дотор тодорхой уураг байгаа эсэхийг ойлгох боломжгүй бөгөөд энэ мэдээлэл нь эрдэмтдэд маш хэрэгтэй юм.

Одоо электрон микроскоп нь вирусын зургийг авах боломжийг олгодог хаах. Нимгэн хэсгүүдийг гэрэлтүүлээд зогсохгүй тэдгээрийг "туссан гэрэл" -д (мэдээж туссан электронуудад) шалгах боломжийг олгодог төхөөрөмжүүдийн янз бүрийн өөрчлөлтүүд байдаг. Бид микроскопын бүх хувилбаруудын талаар дэлгэрэнгүй ярихгүй, гэхдээ саяхан судлаачид дифракцийн загвараас дүрсийг сэргээж сурсан гэдгийг бид тэмдэглэж байна.

Харах биш хүрэх

"Гэрээд хар" гэсэн зарчмаас цааш ухарснаар өөр нэг хувьсгал гарсан. Атомын хүчний микроскоп, түүнчлэн сканнердах хонгилын микроскоп нь дээжийн гадаргуу дээр юу ч гэрэлтүүлэхгүй. Үүний оронд маш нимгэн зүү гадаргуу дээгүүр хөдөлж, бие даасан атомын хэмжээтэй тэгш бус байдлын дээгүүр ч үсэрч байдаг.

Ийм бүх аргуудын талаар дэлгэрэнгүй ярихгүйгээр бид гол зүйлийг тэмдэглэж байна: хонгилын микроскопын зүү нь зөвхөн гадаргуугийн дагуу хөдөлж зогсохгүй атомуудыг нэг газраас нөгөө рүү шилжүүлэхэд ашиглаж болно. Эрдэмтэд ингэж зурсан хүү атомаар тоглодог бичээс, зураг, хүүхэлдэйн киног хүртэл бүтээдэг. Жинхэнэ ксенон атомыг сканнердах хонгилын микроскопын үзүүрээр чирсэн.

Туннелийн микроскоп нь зүүгээр урсаж буй туннелийн гүйдлийн нөлөөг ашигладаг тул микроскоп гэж нэрлэгддэг: электронууд урьдчилан таамаглаж буй хүчин зүйлийн улмаас зүү ба гадаргуугийн хоорондох цоорхойгоор дамждаг. квант механиктуннелийн эффект. Энэ төхөөрөмжийг ажиллуулахын тулд вакуум шаардлагатай.

Атомын хүчний микроскоп (AFM) нь хүрээлэн буй орчны нөхцөлд хамаагүй бага шаарддаг - энэ нь (хэд хэдэн хязгаарлалттай) агаар шахахгүйгээр ажиллах боломжтой. Тодорхой утгаараа AFM бол граммофоны нано технологийн залгамжлагч юм. Нимгэн, уян хатан консол хаалтанд зүү ( консолмөн "хаалт" байдаг) гадаргуу дээр хүчдэл өгөхгүйгээр хөдөлж, граммофоны зүү нь граммофон бичлэгийн ховилыг дагаж мөрддөгтэй адил дээжийн рельефийг дагадаг. Консолын гулзайлтын улмаас түүн дээр суурилуулсан толин тусгал нь лазерын цацрагийг хазайлгахад хүргэдэг бөгөөд энэ нь судалж буй дээжийн хэлбэрийг маш нарийн тодорхойлох боломжийг олгодог. Хамгийн гол нь зүүг хөдөлгөх нэлээд нарийвчлалтай систем, мөн төгс хурц байх ёстой зүү нийлүүлэх явдал юм. Ийм зүүний үзүүр дэх муруйлтын радиус нь нэг нанометрээс хэтрэхгүй байж болно.

AFM нь бие даасан атом, молекулуудыг харах боломжийг олгодог боловч хонгилын микроскоп шиг дээжийн гадаргуугийн доор харагдахыг зөвшөөрдөггүй. Өөрөөр хэлбэл, эрдэмтэд атомыг харж чадах уу, объектыг бүхэлд нь судалж чадах уу гэдгээ сонгох ёстой. Гэсэн хэдий ч оптик микроскопуудын хувьд ч гэсэн судалж буй дээжийн дотор талыг олж харах боломжгүй байдаг, учир нь ашигт малтмал эсвэл металл ихэвчлэн гэрлийг сайн дамжуулдаггүй. Нэмж дурдахад атомын гэрэл зургийг авахад бэрхшээлтэй хэвээр байна - эдгээр объектууд нь энгийн бөмбөлөг мэт харагддаг, электрон үүлний хэлбэр ийм зураг дээр харагдахгүй байна.

Хурдасгуураар хурдассан цэнэглэгдсэн бөөмсийг удаашруулах үед үүсдэг синхротрон цацраг нь балар эртний амьтдын чулуужсан үлдэгдлийг судлах боломжийг олгодог. Дээжийг рентген туяаны дор эргүүлснээр бид гурван хэмжээст томографийг олж авах боломжтой - жишээлбэл, 300 сая жилийн өмнө устаж үгүй ​​болсон загасны гавлын ясны дотор тархи олдсон юм. Дифракцийн улмаас тархсан рентген туяаг бүртгэх замаар дамжуулсан цацрагийг бүртгэх тохиолдолд эргэлтгүйгээр хийх боломжтой.

Мөн энэ нь рентген туяаг нээх бүх боломж биш юм. Түүнтэй цацраг туяагаар олон материал флюресцент үүсгэдэг бөгөөд флюресценцийн шинж чанараар нь тодорхойлж болно. химийн найрлагабодисууд: Ийм байдлаар эрдэмтэд эртний олдворууд, Дундад зууны үед устгагдсан Архимедийн бүтээлүүдийг өнгөөр ​​будаж, эсвэл удаан хугацаанд устаж үгүй ​​болсон шувуудын өдийг буддаг.

Атомын байрлал

Рентген туяа эсвэл оптик флюресценцийн аргуудын өгдөг бүх боломжуудын арын дэвсгэр дээр, шинэ аргаАтомын бие даасан гэрэл зургийг авах нь шинжлэх ухаанд тийм том нээлт байхаа больсон. Энэ долоо хоногт танилцуулсан зургуудыг авах боломжтой болсон аргын мөн чанар нь дараах байдалтай байна: электронуудыг ионжуулсан атомуудаас салгаж, тусгай детектор руу илгээдэг. Ионжуулалтын үйлдэл бүр нь тодорхой байрлалаас электроныг зайлуулж, "гэрэл зураг" -ын нэг цэгийг үүсгэдэг. Хэдэн мянган ийм цэгийг цуглуулсны дараа эрдэмтэд атомын цөмийн эргэн тойронд электроныг илрүүлэх хамгийн боломжит байршлыг харуулсан зургийг бүтээсэн бөгөөд энэ нь тодорхойлсноор электрон үүл юм.

Эцэст нь хэлэхэд, бие даасан атомуудыг тэдний тусламжтайгаар харах чадвар электрон үүлЭнэ нь орчин үеийн микроскопийн мөстөлт юм. Эрдэмтэд материалын бүтцийг судлах, эс, талстыг судлах нь чухал байсан бөгөөд үүний үр дүнд технологийн хөгжил нь устөрөгчийн атомд хүрэх боломжтой болсон. Үүнээс бага зүйл бол энгийн бөөмийн физикийн мэргэжилтнүүдийн сонирхлын хүрээ юм. Биологичид, материал судлаачид, геологичид атомын дэвсгэртэй харьцуулахад бага зэрэг томруулсан ч гэсэн микроскопыг сайжруулах орон зайтай хэвээр байна. Жишээлбэл, нейрофизиологийн мэргэжилтнүүд амьд тархины доторх бие даасан эсүүдийг харах чадвартай төхөөрөмжтэй болохыг эртнээс хүсч байсан бөгөөд Ангараг гарагийг бүтээгчид өөрсдийн сүнсийг самбарт багтах электрон микроскопоор зарах болно. сансрын хөлөгАнгараг дээр ажиллах боломжтой.

Оролдоод үзье. Доор бичсэн бүх зүйл бүрэн шударга гэж би бодохгүй байна, би ямар нэг зүйлийг орхигдуулж магадгүй байсан ч үүнтэй төстэй асуултуудын одоо байгаа хариултуудын дүн шинжилгээ, миний өөрийн бодол дараах байдалтай байна.

Устөрөгчийн атомыг авч үзье: түүний тойрог замд нэг протон, нэг электрон.

Устөрөгчийн атомын радиус нь түүний электроны тойрог замын радиустай яг ижил байдаг. Байгалийн хувьд энэ нь 53 пикометртэй тэнцүү, өөрөөр хэлбэл 53х10^-12 метр, гэхдээ бид үүнийг 30х10 ^-2 метр болгон нэмэгдүүлэхийг хүсч байна - ойролцоогоор 5 тэрбум дахин.

Протоны диаметр (өөрөөр хэлбэл бидний атомын цөм) нь 1.75 × 10^−15 м, хэрэв бид үүнийг хүссэн хэмжээгээрээ өсгөвөл энэ нь 1 × 10^−5 метр хэмжээтэй, өөрөөр хэлбэл зууны нэг юм. миллиметр. Энгийн нүдээр харахад ялгахын аргагүй юм.

Үүний оронд протоныг вандуйны хэмжээтэй болгоё. Дараа нь электроны тойрог зам нь хөлбөмбөгийн талбайн радиус болно.

Протон нь эерэг цэнэгийн талбайг төлөөлнө. Энэ нь түүнээс мянга дахин бага гурван кваркаас бүрддэг - бид тэднийг харахгүй нь гарцаагүй. Хэрэв та энэхүү таамагласан объектыг соронзон хусуураар цацвал тэд төвийг тойрон бөмбөрцөг хэлбэртэй үүл болж цугларах болно гэсэн үзэл бодол байдаг.

Электрон харагдахгүй болно. Ямар ч бөмбөлөг атомын цөмийг тойрон нисдэггүй; электроны тойрог зам нь зөвхөн нэг муж юм өөр өөр цэгүүдөөр өөр магадлал бүхий электрон байрлаж болно. Үүнийг бид вандуйгаа тойрсон цэнгэлдэх хүрээлэнгийн диаметртэй бөмбөрцөг гэж төсөөлж болно. Энэ бөмбөрцөг доторх санамсаргүй цэгүүдэд сөрөг цахилгаан цэнэг үүсч, тэр даруй алга болдог. Түүгээр ч барахгүй, энэ нь маш хурдан хийдэг тул ямар ч үед түүний тодорхой байршлын талаар ярих нь утгагүй юм ... тийм ээ, энэ нь ойлгомжгүй юм. Энгийнээр хэлэхэд энэ нь юу ч биш "харагдахгүй" юм.

Дашрамд хэлэхэд атомыг макроскопийн хэмжээс болгон томруулж, бид үүнийг "харна" гэж найдаж байгаа нь сонирхолтой юм, өөрөөр хэлбэл түүнээс туссан гэрлийг илрүүлэх болно. Үнэн хэрэгтээ энгийн хэмжээтэй атомууд нь электрон болон фотонуудын харилцан үйлчлэлийн тухай атомын масштабаар гэрлийг тусгадаггүй; Электрон нь фотоныг шингээж аваад дараагийнх руу шилжих боломжтой эрчим хүчний түвшин, энэ нь фотон ялгаруулж чаддаг гэх мэт. Таамаглалаар энэ системийг хөл бөмбөгийн талбайн хэмжээтэй болгох нь энэ боломжгүй бүтцийн үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглахад хэтэрхий олон таамаглал шаардагдана: фотон нь аварга атомд ижил нөлөө үзүүлэх үү? Бид үүнийг тусгай аварга фотоноор бөмбөгдөж “харах” хэрэг байна уу? Энэ нь аварга том фотон ялгаруулах уу? Эдгээр бүх асуултууд, хатуухан хэлэхэд ямар ч утгагүй юм. Гэсэн хэдий ч атом нь металл бөмбөлөг шиг гэрлийг тусгахгүй гэж хэлэх нь аюулгүй гэж би бодож байна.

Үнэн хэрэгтээ, RTCh-ийн зохиогч "эргэн тунгаан бодохдоо" маш хол явсан тул 11-р сарын 4-нд мэдэгдэж байсан Японы эрдэмтдийн устөрөгчийн атомын зургийг авах туршилтын мэдээлэл гэх мэт хүнд сөрөг маргааныг өдөөх цаг болжээ. , 2010. Уг зураг нь атомын хэлбэр дүрсийг тодорхой харуулсан бөгөөд энэ нь атомын салангид, бөөрөнхий байдлыг хоёуланг нь баталж байна: "Токиогийн их сургуулийн хэсэг эрдэмтэн, мэргэжилтнүүд дэлхий дээр анх удаа устөрөгчийн бие даасан атомын гэрэл зургийг авчээ - бүх атомуудаас хамгийн хөнгөн бөгөөд хамгийн жижиг нь мэдээллийн агентлагууд мэдээлж байна.

Зургийг аль нэгийг ашиглан авсан хамгийн сүүлийн үеийн технологи- тусгай сканерын электрон микроскоп. Энэ төхөөрөмжийг ашиглан ванадийн тусдаа атомыг устөрөгчийн атомын хамт гэрэл зураг авсан.
Устөрөгчийн атомын диаметр нь метрийн арван тэрбумын нэг юм. Өмнө нь орчин үеийн тоног төхөөрөмжөөр зураг авах нь бараг боломжгүй гэж үздэг байсан. Устөрөгч бол хамгийн түгээмэл бодис юм. Орчлон ертөнц дэх түүний эзлэх хувь ойролцоогоор 90% байна.

Эрдэмтдийн үзэж байгаагаар бусад зургийг ч мөн адил авч болно. энгийн бөөмс. "Одоо бид дэлхийг бүрдүүлдэг бүх атомыг харж байна" гэж профессор Юичи Икухара хэлэв. "Энэ бол ирээдүйд бие даасан атом, молекулуудын түвшинд шийдвэр гаргах боломжтой үйлдвэрлэлийн шинэ хэлбэрийн нээлт юм."

Устөрөгчийн атом, харьцангуй өнгө
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v110/i21/e213001

Герман, Грек, Нидерланд, АНУ, Францын хэсэг эрдэмтэд устөрөгчийн атомын зургийг авчээ. Фотоионжуулалтын микроскоп ашиглан олж авсан эдгээр зургууд нь онолын тооцооллын үр дүнтэй бүрэн нийцэж буй электрон нягтын тархалтыг харуулж байна. Олон улсын багийн ажлыг Физик тойм захидлуудын хуудсан дээр толилуулж байна.

Фотоионжуулалтын аргын мөн чанар нь устөрөгчийн атомуудыг дараалан ионжуулах, өөрөөр хэлбэл цахилгаан соронзон цацрагийн улмаас тэдгээрээс электроныг зайлуулах явдал юм. Тусгаарлагдсан электронууд нь эерэг цэнэгтэй цагирагаар мэдрэмтгий матриц руу чиглэгдэх ба матрицтай мөргөлдөх үеийн электроны байрлал нь атомын иончлолын үеийн электроны байрлалыг илэрхийлдэг. Электронуудыг хажуу тийш нь хазайлгах цэнэгтэй цагираг нь линзний үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд түүний тусламжтайгаар дүрсийг хэдэн сая дахин томруулдаг.

2004 онд тайлбарласан энэ аргыг бие даасан молекулуудын "зураг" авахад аль хэдийн ашиглагдаж байсан боловч физикчид цаашаа явж, устөрөгчийн атомыг судлахын тулд фотоионжуулалтын микроскоп ашигласан. Нэг электроны цохилт нь зөвхөн нэг цэгийг үүсгэдэг тул судлаачид өөр өөр атомуудаас 20 мянга орчим бие даасан электронуудыг хуримтлуулж, электрон бүрхүүлийн дундаж дүрсийг эмхэтгэсэн.

Хуулийн дагуу квант механик, атом дахь электрон нь өөрөө ямар нэгэн тодорхой байрлалтай байдаггүй. Атом нь гадаад орчинтой харилцан үйлчлэлцэх үед л атомын цөмийн тодорхой орчимд электрон нэг магадлалтайгаар гарч ирдэг: электроныг илрүүлэх магадлал хамгийн их байх бүсийг гэнэ. электрон бүрхүүл. Шинэ зургууд нь янз бүрийн энергийн төлөвийн атомуудын хоорондын ялгааг харуулж байна; Эрдэмтэд квант механикийн таамагласан электрон бүрхүүлийн хэлбэрийг тодорхой харуулж чадсан.

Бусад төхөөрөмжүүд, сканнерийн хонгилын микроскопуудын тусламжтайгаар атомуудыг зөвхөн харж зогсохгүй, дотор нь шилжүүлэх боломжтой. зөв газар. Сар орчмын өмнө энэ техник нь IBM-ийн инженерүүдэд хүрээ бүр нь атомуудаас бүрдсэн хүүхэлдэйн киног зурах боломжийг олгосон: ийм уран сайхны туршилтууд ямар ч байдаггүй. практик нөлөө, гэхдээ атомыг удирдах үндсэн боломжийг харуулна. Хэрэглээний зорилгоор атомын угсралт байхаа больсон, гэхдээ химийн процессууднано бүтцийг өөрөө зохион байгуулах эсвэл субстрат дээрх монотомийн давхаргын өсөлтийг өөрөө хязгаарлах замаар.

Атом (грек хэлнээс "хуваашгүй") нь нэг удаа бичил харуурын хэмжээтэй бодисын хамгийн жижиг хэсэг, хамгийн жижиг хэсэг юм. химийн элемент, түүний шинж чанарыг агуулсан . Атомын бүрэлдэхүүн хэсгүүд болох протон, нейтрон, электронууд эдгээр шинж чанаруудыг байхгүй болгож, тэдгээрийг нэгтгэдэг. Ковалент атомууд молекул үүсгэдэг. Эрдэмтэд атомын онцлог шинжийг судалж байгаа бөгөөд хэдийнэ нэлээд сайн судлагдсан ч шинэ зүйл, тухайлбал шинэ материал, шинэ атом бүтээх чиглэлээр (тогтмол хүснэгтийг үргэлжлүүлэх) боломжоо алддаггүй. Атомын массын 99.9% нь цөмд байдаг.

Гарчигнаас болж битгий хойрго. SLAC Үндэсний хурдасгуурын лабораторийн ажилчдын санамсаргүй байдлаар бүтээсэн хар нүх нь зөвхөн нэг атомын хэмжээтэй болсон тул бидэнд юу ч аюул учруулахгүй. Мөн нэр " хар нүх"Судлаачдын ажигласан үзэгдлийг зөвхөн бүдэг бадаг дүрсэлсэн. хэмээх дэлхийн хамгийн хүчирхэг рентген лазерын талаар бид танд олон удаа хэлж байсан

АНУ-ын физикчид бие даасан атомуудыг дээд зэргийн нарийвчлалтай гэрэл зурагт буулгаж чадсан гэж Vesti.ru сайтаас мэдээллээ.

АНУ-ын Корнеллийн их сургуулийн эрдэмтэд ангстромын хагасаас бага (0.39 Å) нарийвчлалтай атомуудыг тус тусад нь авч чадсан байна. Өмнөх гэрэл зургууд хагас нягтралтай байсан - 0.98 Å.

Атомыг харж чаддаг хүчирхэг электрон микроскопууд хагас зуун жилийн турш бий болсон боловч тэдгээрийн нарийвчлал нь долгионы уртаар хязгаарлагддаг. харагдах гэрэл, энэ нь дундаж атомын диаметрээс их байна.

Тиймээс эрдэмтэд электрон микроскопоор дүрсийг төвлөрүүлж, томруулдаг линзний тодорхой аналогийг ашигладаг - энэ бол соронзон орон юм. Гэсэн хэдий ч хэлбэлзэл соронзон оронолж авсан үр дүнг гажуудуулах. Гажуудлыг арилгахын тулд соронзон орныг засах нэмэлт төхөөрөмжүүдийг ашигладаг боловч нэгэн зэрэг электрон микроскопын дизайны нарийн төвөгтэй байдлыг нэмэгдүүлдэг.

Өмнө нь Корнеллийн их сургуулийн физикчид электрон микроскопын пикселийн массив илрүүлэгч (EMPAD) төхөөрөмжийг бүтээж байсан. нарийн төвөгтэй системИрж буй электронуудыг 128x128 пикселийн нарийвчлалтай нэг жижиг матрицад төвлөрүүлдэг генераторууд нь тусдаа электронуудад мэдрэмтгий байдаг. Пиксел бүр нь электроны тусгалын өнцгийг бүртгэдэг; Үүнийг мэдсэн эрдэмтэд птякографийн аргыг ашиглан электронуудын шинж чанарыг, тэр дундаа электрон ялгарсан цэгийн координатыг сэргээдэг.

Хамгийн өндөр нарийвчлалтай атомууд

David A. Muller et al. Байгаль, 2018 он.

2018 оны зун физикчид олж авсан зургийн чанарыг өнөөг хүртэл дээд амжилт тогтоохоор шийдсэн. Эрдэмтэд 2 хэмжээст материалын хуудас, молибдений сульфид MoS2-ийг хөдөлж буй цацрагт нааж, электрон туяаг янз бүрийн өнцгөөр эргүүлэх замаар электрон цацрагуудыг гаргажээ. Эрдэмтэд EMPAD болон ptaycography ашиглан бие даасан молибдений атомуудын хоорондох зайг тодорхойлж, 0.39 Å-ийн дээд зэргийн нарийвчлалтай зургийг олж авсан.

Туршилтын зохиогчдын нэг Сол Грюнер "Бид үндсэндээ дэлхийн хамгийн жижиг захирагчийг бүтээсэн" гэж тайлбарлав. Үүссэн зурган дээр хүхрийн атомыг 0.39 Å-ийн дээд нарийвчлалтай ялгах боломжтой байв. Түүгээр ч барахгүй нэг атом байхгүй байгааг (сумаар харуулсан) олж мэдэх боломжтой байв.

Бичлэгийн нягтрал дахь хүхрийн атомууд