Поиск по сайту

Короткий адрес страницы: fornit.ru/235

Этот материал взят из источника: http://www.membrana.ru/articles/technic/2005/10/28/205500.html
Список основных тематических статей >>
Этот документ использован в разделе: "Высшие технологии и теории"Распечатать
Добавить в личную закладку.

Визуальное наблюдение атомов под микроскопом

Портрет атомов заставил физиков пойти на всё
Компьютер повернул "в перспективу", полученное изображение атомов, и добавил сверху реконструкцию их взаимного положения (иллюстрация ORNL).


0,6 ангстрема. Таков текущий рекорд разрешения в электронной микроскопии. Группа американских учёных получила прекрасные изображения отдельных атомов лантана, присоединённых к слоям нитрида кремния. За кадром остались титанические усилия, которые потребовались для сотворения этого чуда.

В 1959 году Ричард Фейнман, всемирно известный американский физик, первым предсказал появление нанотехнологий и, так сказать, нанонауки. Тогда он заявил, что эта науку ждёт взлёт, когда разрешение электронных микроскопов вырастет в сто раз. Этот взлёт потребовал 45 лет.

Рекорд поставила научная группа электронной микроскопии (Electron Microscopy Group Condensed Matter Sciences Division) американской национальной лаборатории в Окридже (Oak Ridge National Laboratory — ORNL).

Собственно, планка была взята в прошлом году, и коротко мы об этом говорили. Правда, тогда учёные разглядывали другие элементы. И с тех пор провели много новых опытов. Неважно. Интересно другое: мы раскопали подробности "закулисья" рекордного достижения. Хотите узнать чего стоят эти 0,6 ангстрема?

Слева – практически исходное изображение. Жёлтые пятнышки – атомы. Справа – пояснение (иллюстрация ORNL).

Слева – практически исходное изображение. Жёлтые пятнышки – атомы. Справа – пояснение (иллюстрация ORNL).
В общем-то, рекорд не был самоцелью. Лидер группы — Стив Пенникук (Steve Pennycook) — и его коллеги помогают учёным изучать материалы на атомном уровне, их поведение в разных условиях и особенно – взаимодействие разных веществ.

Но то, что они сделали – удивительно. Они взяли микроскопический кусочек нитрида кремния, покрыли его атомарным слоем лантана, ухитрились сделать разрез этого "пирога" и отсняли его с помощью своего зоркого инструмента.

Разрешение этого изображения достигло 0,6 ангстрема. 1 ангстрем равен 1 десятимиллионной доле миллиметра.

Инструмент – это так называемый Z-контрастный сканирующий трансмиссионный электронный микроскоп с коррекцией аберрации (уф, больше выговаривать это не будем), установленный с полной развязкой от вибраций, акустических и магнитных полей в сравнительно недавно возведённом здании лаборатории передовой микроскопии ORNL (Advanced Microscopy Laboratory).

Лаборатория передовой микроскопии ORNL (иллюстрация ORNL).

Лаборатория передовой микроскопии ORNL (иллюстрация ORNL).

Надеемся, вы знаете, что такое – электронный микроскоп. В нём вместо лучей света информацию о предмете получает поток электронов, ускоренных высоким напряжением, а вместо линз, фокусирующей оптики и прочего – прецизионные электромагнитные системы.

"Z-контрастный" означает, что данный аппарат реагирует на атомное число элемента, ярко выделяя тяжёлые атомы на фоне лёгких.

Первый Z-контрастный электронный микроскоп учёные, инженеры и промышленники разрабатывали ещё в 1988 году, при непосредственном участии Пенникука, кстати. В 2001 году электронная микроскопия взяла рубеж разрешения в 0,8 ангстрема. Для шага к 0,6 ангстрема физикам пришлось прыгнуть выше головы.

Резиновые подушки, воздуховоды с двойными стенками и изоляцией – меры против шумов и вибраций (иллюстрация ORNL).

Резиновые подушки, воздуховоды с двойными стенками и изоляцией – меры против шумов и вибраций (иллюстрация ORNL).

Например: построить необычное здание, в котором комната с микроскопом висит на специальной подвеске внутри другой комнаты.

Там приняты все меры, чтобы свести проникновение внешних магнитных полей до уровня ниже 0,3 миллигаусса, то есть — до уровня в тысячи раз меньшего, чем сила магнитного поля Земли, способного разве что только отклонить стрелку компаса, висящую на игле.

Безсквозняковая вентиляция (иллюстрация ORNL).

Безсквозняковая вентиляция (иллюстрация ORNL).
Даже воздухообмен в этой комнате выполнен особым образом — чтобы исключить малейшие сквознячки, способные пошевелить пылинку или температурные колебания, которые человек бы и не почувствовал.

Да что там пылинка. Можно представить, что форточка, открытая где-нибудь неподалёку от прибора или чихнувший сотрудник способны увести настройки прочь – целимся-то мы в отдельные атомы! Потому микроскоп управляется дистанционно из диспетчерской.

Все эти ухищрения позволили группе Пенникука за последнее время сделать массу открытий в поведении сверхпроводников и конструкционных материалов.

Только один пример: разглядывая буквально атом за атомом, как разные элементы выстраиваются друг рядом с другом, учёные раскрыли секрет ломкости лопаток турбины авиадвигателей, покрытых каким-то хитрым стойким составом.

Главное – не уронить: привезли и монтировали прибор по частям (иллюстрация ORNL).

Главное – не уронить: привезли и монтировали прибор по частям (иллюстрация ORNL).

После этого кажутся вполне обоснованными затраты на такие работы. Так, рекордный микроскоп обошёлся ORNL в $3 миллиона, а суперизолированное от внешнего мира здание – в $4,8 миллиона.

Сколько стране могут дать новые материалы и вообще – понимание взаимодействия веществ – оценивайте сами.

Последнее редактирование: 2015-09-09

Оценить статью можно после того, как в обсуждении будет хотя бы одно сообщение.
Об авторе:
Этот материал взят из источника: http://www.membrana.ru/articles/technic/2005/10/28/205500.html



Тест: А не зомбируют ли меня?     Тест: Определение веса ненаучности

В предметном указателе: Фотографии снежинок | Наблюдение контекста активного неприятия | Псевдоученые под микроскопом Евгений Эйдельман | Выполнены прямые наблюдения квантовых флуктуаций | Непосредственное наблюдение темной материи | Непосредственное наблюдение как черная дыра поглощает звезду | Построен самый мощный микроскоп в мире | Визуальное наблюдение атомов | Формирование воспоминаний можно увидеть под микроскопом
Последняя из новостей: Издательский дом "Библио-Глобус" издал первый тираж книг "Основы адаптологии" и "Познай себя":
Изданы две книги сайта Форнит.
Все новости

Может ли нейробиолог понять микропроцессор?
Нейробиологи, вооружившись методами, обычно применяемыми для изучения живых нейроструктур, попытались использовать их чтобы понять, как функционирует простейшая микропроцессорная система — «Мозгом» был процессор MOS 6502.
Все статьи журнала
 посетителейзаходов
сегодня:56
вчера:22
Всего:1108612584

Авторские права сайта Fornit
Яндекс.Метрика