تصویری شگفت انگیز از اتم ها با بالاترین وضوح تا کنون - آقای معلم

تصویری که می بینید در سال 2021 به وسیله تیمی به رهبری فیزیک دانی به نام ژن چِن، که پیش تر در دانشگاه کرنِل بوده و اکنون در آموزشگاه علوم چین مشغول به کار است، یه دشت است. این نقطه ها در تصویر، اتم های موجود در شبکه کریستالی یک قطعه پراسئودیوم اورتواسکاندات (PrScO3) هستند که با بزرگ نمایی 100 میلیون گرفته شده اند.

تنها علتی که تصویر کمی در حاشیه ها تار به نظر می رسد، این است که اتم ها هیچ گاه از جنبش حرارتی باز نمی ایستند و این باعث ایجاد کمی تاری ناشی از حرکت حرارتی می گردد.

صرف نظر از میزان پیشرفت تکنولوژی، این وضوح رکوردشکن به احتمال زیاد هرگز شکسته نخواهد شد. این به این علت است که محدودیتی برای میزان وضوح در این مقیاس های اتمی وجود دارد و این تقریباً همان مرز نهایی است.

دیوید مولِر، فیزیک دان دانشگاه کرنِل، زمانی که نتایج این تحقیق منتشر شد، گفت: این عکس تنها یک رکورد نو را ثبت نکرده، بلکه به حوزه ای رسیده که عملاً محدودیتی نهایی برای وضوح است. اکنون می توانیم به سادگی محل قرارگیری اتم ها را تشخیص دهیم. این امر دریچه ای به سمت میزان گیری های نوی که مدت ها آرزویش را داشتیم، باز می نماید.

این دستاورد نتیجه اوج تکنولوژی تصویربرداری اتمی به نام پتوگرافی (Ptychography) است.

پتوگرافی به خودی خود یک تکنیک تصویربرداری مستقیم نیست، بلکه نوعی تداخل سنجی یا اینترفِرومتری (Interferometry) است. این فرآیند تصویری را از الگوهای تداخل ایجاد می نماید. در این روش، الکترون ها به نمونه پراسئودیوم اورتواسکاندات شلیک می شوند و زمانی که این الکترون ها به اتم های موجود در ماده برخورد می نمایند، از آنها بازتاب می یابند.

با میزان گیری الگوهای بازتاب یا پراکندگی این الکترون ها به هنگام حرکت دادن پرتوی الکترون، سیستم تصویربرداری قادر به ایجاد تصویری از اتم هایی می گردد که این الکترون ها از آنها بازتاب یافته اند.

از آنجا که پراسئودیوم اورتواسکاندات یک ترکیب است، در اینجا سه نوع مختلف اتم دیده می گردد. جفت های نقطه های روشن که به هم متصل شده اند، اتم های پراسئودیوم هستند. نقطه های روشن تکی اسکاندیوم هستند. و نقطه های قرمز کم رنگ اتم های اکسیژن هستند. این اتم ها به هم متصل شده اند تا کریستالی خالص و کامل را که به وسیله چن و همکارانش تصویر شده، تشکیل دهند.

این پیشرفت در تصویربرداری اتمی دارای کاربردهای بسیاری در فیزیک و مهندسی است و به ما این توانایی فوق العاده را می دهد که ساختارهای اتمی را با وضوح بالا و در سه بعد مطالعه کنیم. این فناوری می تواند در همه چیز، از علم مواد گرفته تا ارتباطات کوانتومی، مورد استفاده قرار گیرد.

مولِر می گوید: ما می خواهیم این فناوری را در همه چیزهایی که انجام می دهیم به کار ببریم. تا کنون همه ما عینک های بسیار بدی به چشم داشتیم. حالا که یک عینک واقعاً خوب داریم، چرا نباید عینک های قدیمی را برداریم، عینک های نو را به چشم بزنیم و از آنها همواره استفاده کنیم؟

توانایی انسان ها در انجام یک کار وقتی واقعا فکر خود را روی آن متمرکز می نمایند، واقعاً شگفت انگیز است.