دانشمندان واضح‌ترین تصویر از دنیای اتم ها را ثبت کردند. این تصویر، انقلابی در درک ما از ساختار ماده ایجاد خواهد کرد.
تمام ماده‌های معمولی در جهان از بلوک‌های سازنده بسیار کوچکی تشکیل شده که با چشم غیرمسلح قابل دیدن نیستند. اما ما انسان‌ها قرار نیست محدودیت‌های فیزیکی چشمانمان مانع از دیدن چیزهایی شود که می‌خواهیم ببینیم، اینطور نیست؟
تصویری که در بالا می‌بینید، در سال ۲۰۲۱ توسط تیمی به سرپرستی فیزیکدان ژن چن، از دانشگاه کرنل و در حال حاضر در آکادمی علوم چین، گرفته شده است. این نقاط، اتم‌های موجود در شبکه کریستالی یک قطعه پراسئودیم ارتو اسکاندات (PrScO3) با بزرگنمایی ۱۰۰ میلیون برابر هستند.
تنها دلیلی که تصویر کمی در لبه‌ها تار به نظر می‌رسد، کیفیت پایین تصویر نیست، بلکه به این دلیل است که اتم دائما در حال حرکت و لرزش است و این منجر به کمی تاری ناشی از حرکت حرارتی می‌شود.
هر چقدر هم که فناوری پیشرفت کند، بعید است که این وضوح بی‌نظیر هرگز شکست بخورد. دلیل آن این است که محدودیتی برای میزان وضوحی که می‌توانیم در این مقیاس‌های اتمی به دست آوریم وجود دارد و این تصویر تقریبا به آن حد نهایی رسیده است.
دیوید مولر، فیزیکدان دانشگاه کرنل با انتشار نتایج تیمش در مجله Science گفت:
این فقط یک رکورد جدید نیست. بلکه به رژیمی رسیده که عملا به یک حد نهایی برای وضوح تبدیل خواهد شد. ما اساساً اکنون می‌توانیم به روشی بسیار آسان بفهمیم که اتم‌ها کجا هستند. این امر امکانات اندازه‌گیری کاملاً جدیدی را برای کارهایی که مدت‌ها می‌خواستیم انجام دهیم، باز می‌کند.
این دستاورد، نتیجه اوج فناوری تصویربرداری اتمی، تکنیکی به نام «پیکوگرافی» است.
سه نوع اتم در یک تصویر
پیکوگرافی در واقع یک تکنیک تصویربرداری مستقیم نیست، بلکه نوعی «تداخل‌سنجی» است. یعنی تولید یک تصویر از الگوهای تداخلی. الکترون‌ها به نمونه‌ای از پراسئودیم ارتو اسکاندات شلیک شدند. وقتی این الکترون‌ها به اتم‌های موجود در ماده برخورد کردند، منعکس شدند.
با اندازه‌گیری الگوهای بازتاب یا پراکندگی این الکترون‌ها هنگام حرکت پرتو، سیستم تصویربرداری می‌تواند تصویری از چیزی که الکترون‌ها از آن منعکس می‌شوند، تولید کند.
از آنجا که پراسئودیم ارتو اسکاندات یک ترکیب است، آنچه در اینجا می‌بینید سه نوع مختلف اتم است. جفت لکه‌های روشن به هم پیوسته، پراسئودیم هستند. لکه‌های روشن تکی، اسکاندیم هستند و لکه‌های قرمز کم‌رنگ، اکسیژن هستند. همه این اتم‌ها به هم متصل شده‌اند تا کریستال خالص و کاملی را که توسط چن و همکارانش تصویربرداری شده، تشکیل دهند.
این پیشرفت در تصویربرداری اتمی، پیامدها و کاربردهایی برای فیزیک و مهندسی دارد و توانایی شگفت‌انگیزی را برای مطالعه ساختارهای اتمی با وضوح بالا و به صورت سه‌بعدی به ما می‌دهد. ما می‌توانیم از این تکنیک برای همه‌چیز، از علم مواد گرفته تا ارتباطات کوانتومی، استفاده کنیم.
مولر گفت:
ما می‌خواهیم این را در هر کاری که انجام می‌دهیم، اعمال کنیم. تا به حال همه ما عینک‌های واقعا بدی به چشم داشتیم. و اکنون ما واقعا یک جفت عینک خوب داریم. چرا نخواهیم عینک‌های قدیمی را برداریم، عینک‌های جدید را بزنیم و همیشه از آن‌ها استفاده کنیم؟
کارهایی که انسان‌ها وقتی واقعا ذهن خود را روی آن می‌گذارند می‌توانند انجامشان دهند، باورنکردنی است!
source