ГЛАВНАЯ » 2013 » Май » 28 » Физики сфотографировали атом водорода
13:34
Физики сфотографировали атом водорода
Группа ученых из
Германии, Греции, Нидерландов, США и Франции получила снимки атома
водорода. На этих изображениях, полученных при помощи фотоионизационного
микроскопа, видно распределение электронной плотности, которое
полностью совпадает с результатами теоретических расчетов. Работа
международной группы представлена на страницах Physical Review Letters.
Суть
фотоионизационного метода заключается в последовательной ионизации
атомов водорода, то есть в отрывании от них электрона за счет
электромагнитного облучения. Отделившиеся электроны направляются на
чувствительную матрицу через положительно заряженное кольцо, причем
положение электрона в момент столкновения с матрицей отражает положение
электрона в момент ионизации атома. Заряженное кольцо, отклоняющее
электроны в сторону, играет роль линзы и с его помощью изображение
увеличивается в миллионы раз.
Этот метод,
описанный в 2004 году, уже применялся для получения «фотографий»
отдельных молекул, однако физики пошли дальше и использовали
фотоионизационный микроскоп для исследования атомов водорода. Так как
попадание одного электрона дает всего одну точку, исследователи накопили
около 20 тысяч отдельных электронов от разных атомов и составили
усредненное изображение электронных оболочек.
В соответствии с
законами квантовой механики, электрон в атоме не имеет какого-то
определенного положения сам по себе. Лишь при взаимодействии атома с
внешней средой электрон с той или иной вероятностью проявляется в
некоторой окрестности ядра атома: область, в которой вероятность
обнаружения электрона максимальна, называется электронной оболочкой. На
новых изображениях видны различия между атомами разных энергетических
состояний; ученые смогли наглядно продемонстрировать форму предсказанных
квантовой механикой электронных оболочек.
При помощи других
приборов, сканирующих туннельных микроскопов, отдельные атомы можно не
только увидеть, но и переместить в нужное место. Эта техника около
месяца назад позволила инженерам компании IBM нарисовать мультфильм,
каждый кадр которого сложен из атомов: подобные художественные
эксперименты не имеют какого-то практического эффекта, но демонстрируют
принципиальную возможность манипуляций с атомами. В прикладных целях
используется уже не поатомная сборка, а химические процессы с
самоорганизацией наноструктур или самоограничением роста одноатомных
слоев на подложке.
