Фізики сфотографували атом водню

Опубліковано 27.05.13 14:12. Автор: Петро БРИНИХ

Група учених з Німеччини, Греції, Нідерландів, США і Франції одержала знімки атома водню. На цих зображеннях, одержаних за допомогою фотоіонізаційного мікроскопа, видно розподіл електронної щільності, який повністю співпадає з результатами теоретичних розрахунків.

Суть фотоіонізаційного методу полягає в послідовній іонізації атомів водню, тобто у відриві від них електрона за рахунок електромагнітного опромінювання. Електрони, що відокремилися, прямують на чутливу матрицю через позитивно заряджене кільце, причому положення електрона у момент зіткнення з матрицею відображає положення електрона у момент іонізації атома. Заряджене кільце, що відхиляє електрони убік, грає роль лінзи і з його допомогою зображення збільшується в мільйони разів.

Цей метод, описаний у 2004 році, вже застосовувався для отримання «фотографій» окремих молекул, проте фізики пішли далі і використали фотоіонізаційний мікроскоп для дослідження атомів водню. Оскільки попадання одного електрона дає всього одну крапку, дослідники накопичили близько 20 тисяч окремих електронів від різних атомів і склали усереднене зображення електронних оболонок.

Відповідно до законів квантової механіки, електрон в атомі не має якогось певного положення сам по собі. Лише при взаємодії атома із зовнішнім середовищем електрон з тією або іншою вірогідністю виявляється в деякій околиці ядра атома: ділянка, в якій вірогідність виявлення електрона максимальна, називається електронною оболонкою. На нових зображеннях видно відмінності між атомами різних енергетичних станів; учені змогли наочно продемонструвати форму передбачених квантовою механікою електронних оболонок.

За допомогою інших приладів, скануючих тунельних мікроскопів, окремі атоми можна не тільки побачити, але і перемістити в потрібне місце. Ця техніка близько місяця тому дозволила інженерам компанії IBM намалювати мультфільм, кожен кадр якого складений з атомів: подібні художні експерименти не мають якогось практичного ефекту, але демонструють принципову можливість маніпуляцій з атомами. У прикладних цілях використовується вже не поатомна збірка, а хімічні процеси з самоорганізацією наноструктур або самообмеженням зростання одноатомних шарів на підкладці.