اتم ها واقعا چه شکلی هستند؟

در کتاب‌های فیزیک و شیمی، غالبا تصاویری از اتم‌ها با حدس و گمان ترسیم می‌شود. در این تصاویر معمولا هسته اتم در محاصره مدارهای الکترونی ترسیم شده، اما این شکل‌ها بیشتر براساس احتمال یافتن اتم در نقطه‌ای خاص در اطراف اتم رسم شده تا شکل واقعی اتم.

به گزارش ساینتیفیک‌امریکن، محققان موفق شده‌اند با تهیه تصاویری واقعی از مدارهای الکترونی، نشان دهند که این مدارها از یک جهت واقعا شبیه تصاویر چاپ شده در کتاب‌ها هستند.

ایگور میخائیلوفسکی و همکارانش در موسسه فیزیک و فناوری خارکوف اوکراین، با استفاده از یک شیوه‌ تصویرپردازی قدیمی به نام ریزبینی گسیل میدانی، شکل این مدارها را در اتم‌های کربن به تصویر کشیده‌اند  

                                       

برای این تصویربرداری، محققان زنجیره‌ای از اتم‌های کربن را تولید و آن را از یک قلم گرافیتی آویزان کردند. سپس آن را در مقابل صفحه آشکارساز قرار دادند. وقتی پتانسیل الکتریکی چند هزار ولتی بین گرافیت و صفحه آشکارساز برقرار شد، الکترون‌ها یکی‌یکی میان گرافیت و حلقه کربن جریان یافتند و در نهایت، میدان الکتریکی، آن‌ها را به سمت آخرین اتم حلقه کشاند. دانشمندان از روی نقاطی که الکترون‌ها روی صفحه به جا گذاشته بودند، توانستند مکان‌هایی را که الکترون‌ها مدار خود را در آخرین اتم ترک کرده بودند شناسایی کنند. قسمت‌هایی که تراکم بیشتری داشتند، از امکان بیشتری برای تابش الکترون برخوردار بودند. تلفیق اطلاعات بدست آمده از الکترون‌های بسیار، شکلی ابرمانند را ترسیم کرد.

میخائیلوفسکی در این رابطه گفت:« ما واقعا تصویر یک اتم واحد را در اختیار داریم.»

با این حال این تصاویر تنها مدارهای بیرونی‌ای را نشان می‌دهند که مدارهای داخلی و هسته را دربر گرفته‌اند. با تغییر شدت جریان، گروه قادر خواهد بود نیروی خارجی‌ترین الکترون آخرین اتم را از سطح پایین به سطحی بالاتر برساند. در نتیجه شکل مدار از کروی به دمبل تغییر پیدا خواهد کرد.  

 

یکی دیگر از مشاهدات گروه این بود که الکترون‌ها خود به خود از یک وضعیت به حالت دیگر تغییر پیدا می‌کردند. دلیل این اتفاق از نظر میخائیلوفسکی نامعلوم است. همچنین اشکال غریب که تحت تاثیر ناخالصی‌هایی از اتم‌های دیگر مانند هیدروژن بود نیز در این آزمایش دیده شد.

دانشمندان پیش از این نیز با استفاده از ابزارهایی چون میکروسکوپ الکترونی فراگسیل یا میکروسکوپ‌های تصویربرداری تونلی (اس.تی.ام) استفاده کرده بودند. میکروسکوپ الکترونی فراگسیل الکترون‌ها را به سمت هدف شلیک می‌کند و با تحلیل میزان انحراف آن‌ها، ساختار هدف را آشکار می‌کند. میکروسکوپ‌های اس.تی.ام نیز با اندازه‌گیری تغییرات جزیی فاصله، سطح نمونه را لمس می‌کند.

اما اغلب اتم‌ها شکلی غیر از گلوله دارند. از سوی دیگر در روش ریزبینی گسیل میدانی، الکترون‌ها از جسمی که تحت تصویربرداری است، خارج می‌شوند. الکس زتل از دانشگاه کالیفرنیا در برکلی معتقد است این تفاوت ممکن است انحرافات یا تفاسیر غلط را در مورد علائم کاهش دهد. وی می‌گوید: «این مسئله درست مثل این است که یک کلمه را درست از زبان سخن‌گو بشنویم، نه یک مترجم یا مفسر.»

این شیوه، علاوه بر تایید تصاویر کتاب‌ها، می‌تواند خصوصیات اتم‌های کربن را نیز که تاکنون کاملا ناشناخته مانده‌اند، مشخص کند. فیزیک‌دانان گمان می‌کنند این اتم‌ها، رساناهای قدرتمند با ساختاری مستحکم باشند و در آینده در کامپیوترهای مقیاس اتمی آینده مورد استفاده قرار گیرند.

منبع:khabaronline