Як виглядає атом
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Багато галузей сучасної науки буквально немислимі без мікроскопів. Але потрібні все більші збільшення, і в наш час основним приладом в галузі вивчення мікроскопічних об’єктів став електронний мікроскоп – прилад, що працює на абсолютно іншому принципі.
Після відкриття дуалізму хвиль-частин стало ясно, що об’єкт можна «висвітлювати» пучками прискорених електронів. Енергійні пучки частинок можуть проникати крізь товсті зразки, а це дуже важливо при вивченні властивостей матеріалів, тому що якщо брати дуже тонкі зразки товщиною порядку мікронів, то у них всі атоми знаходяться поблизу поверхні і властивості їх можуть відрізнятися від тих, що розташовані в глибині.
Друга перевага енергійних проникаючих частинок – можливість вивчати товсті біологічні зразки без порушення важливих зв’язків між клітинами, та й руйнівна дія таких променів менша.
У США створено спеціальний центр електронної мікроскопії, один на мільйон, а другий — на півтора мільйона електрон-вольт. Мікроскопи ці називаються «прилади з атомною роздільною здатністю»: з їх допомогою можна домогтися розширення менше одного ангстрему і розрізняти одиничні атоми. Крім того, вони якісно відрізняються від своїх попередників ще й тим, що їхній робочий обсяг зроблений досить великим, у вигляді міні-лабораторії, де можна підвищувати температуру і тиск.
Це дозволяє безпосередньо вивчати процеси утворення сплавів, окиснення металів, взаємодії газів із твердими речовинами. Крім численних переваг, у нових приладів є і недолік, який не дозволяє безмежно збільшувати енергію пучка електронів. Високу напругу треба підтримувати з високою точністю, щоб усі електрони в пучку мали однакову енергію – довжину хвилі, інакше зображення буде розпливатися. Це явище в оптиці зветься «хроматична аберація». На приладах з атомною роздільною здатністю за допомогою складної системи зворотного зв’язку вдається витримувати мільйон вольт з точністю до однієї десятої вольта.
Найперші завдання, які дозволять вирішувати нові мікроскопи, – це дослідження структур атомів у кристалах та вивчення біологічних мембран.
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.