بالاترین وضوح ثبت شده از اتم ها: تصویر شگفت‌انگیزی که دنیای فیزیک را متحول کرد
همه ماده‌های معمولی در جهان از واحدهای سازنده‌ی بسیار کوچکی تشکیل شده‌اند که برای دیدن با چشم غیرمسلح بسیار کوچک هستند. اما انسان‌ها قرار نیست اجازه دهند محدودیت‌های فیزیکی چشم‌هایشان مانع دیدن چیزهایی شود که می‌خواهند ببینند، درست است؟
این تصویر که می‌بینید، در سال ۲۰۲۱ توسط تیمی به رهبری فیزیکدان ژن چن، که قبلاً در دانشگاه کرنل بوده و اکنون در آکادمی علوم چین است، ساخته شده است. این نقاط، اتم‌های موجود در شبکه بلوری قطعه‌ای از پراسئودیمیم اورتوسکانادات (PrScO3) هستند که با بزرگ‌نمایی ۱۰۰ میلیون برابر ثبت شده‌اند.
تنها دلیل اینکه تصویر در لبه‌ها کمی مات به نظر می‌رسد، این نیست که وضوح تصویر پایین است، بلکه به این دلیل است که اتم‌ها همیشه در حال حرکت هستند که این باعث ایجاد کمی تاری حرارتی میشود.
با این حال، بدون توجه به پیشرفت‌های فناوری، بعید است که این وضوح رکوردشکن دوباره بهبود یابد. این به این دلیل است که در مقیاس‌های اتمی، محدودیتی برای وضوحی که می‌توانیم به دست آوریم وجود دارد و این تقریباً همان محدودیت نهایی است.
فیزیکدان دیوید مولر از دانشگاه کرنل زمانی که نتایج تیمش در مجله Science منتشر شد، گفت: “این فقط یک رکورد جدید نیست. این به یک مرحله‌ای رسیده است که به طور مؤثر به عنوان یک حد نهایی برای وضوح عمل می‌کند. ما اکنون به راحتی می‌توانیم مکان اتم‌ها را تعیین کنیم. این دستاورد بسیاری از امکانات جدید را برای اندازه‌گیری چیزهایی که مدت‌هاست می‌خواهیم انجام دهیم، فراهم می‌کند.”
این دستاورد نتیجه‌ی پیشرفت‌های برتر در فناوری تصویربرداری اتمی است، با استفاده از تکنیکی به نام پتیوگرافی (ptychography).
پتیوگرافی در واقع یک تکنیک تصویربرداری مستقیم نیست، بلکه نوعی تداخل‌سنجی است. این فرآیند به تولید تصویری از الگوهای تداخل کمک می‌کند. در این روش، الکترون‌ها به نمونه‌ای از پراسئودیمیم اورتوسکانادات شلیک شدند؛ وقتی این الکترون‌ها به اتم‌های موجود در ماده برخورد کردند، از آن‌ها بازتاب کردند.
با اندازه‌گیری الگوهای بازتاب یا پراکندگی این الکترون‌ها هنگام حرکت دادن پرتو، سیستم تصویربرداری می‌تواند تصویری از آنچه که الکترون‌ها از آن بازتاب می‌کنند، ایجاد کند.
در تصویر پراسئودیمیم اورتوسکانادات که با استفاده از پتیوگرافی به دست آمده، سه نوع اتم مختلف دیده میشود. جفت‌های نقاط روشن که به هم متصل شده‌اند، پراسئودیمیم هستند. نقاط روشن تک، اسکاندیوم هستند. و نقاط قرمز کم‌رنگ، اکسیژن هستند. همه این اتم‌ها با هم ترکیب شده‌اند تا کریستال خالص و کاملی که توسط چن و همکارانش تصویربرداری شده است را تشکیل دهند.
این پیشرفت در تصویربرداری اتمی تأثیرات و کاربردهایی برای فیزیک و مهندسی دارد، و به ما این امکان شگفت‌انگیز را می‌دهد که ساختارهای اتمی را با وضوح بالا و در سه بعد مطالعه کنیم. از این دستاورد می‌توانیم در همه چیز، از علم مواد گرفته تا ارتباطات کوانتومی، استفاده کنیم.
مولر گفته: “ما می‌خواهیم این روش را برای هر چیزی که انجام می‌دهیم به کار ببریم. تا به حال، ما همه از عینک‌های خیلی بد استفاده می‌کردیم. و حالا واقعاً یک جفت عینک خوب داریم. چرا نباید عینک‌های قدیمی را کنار بگذاریم، عینک‌های جدید را بزنیم و همیشه از آن‌ها استفاده کنیم؟”
کارهایی که انسان‌ها وقتی واقعاً ذهن خود را به کار می‌گیرند می‌توانند انجام دهند، واقعاً شگفت‌انگیز است.
__ تکنو دات مرجع اخبار تکنولوژی __
