Содержание
Свечение одного атома • Игорь Иванов • Научная картинка дня на «Элементах» • Физика
Этот снимок, победивший в конкурсе научных фотографий EPSRC competition и обошедший мировые СМИ, — настоящий привет из микромира в мир макроскопический, человеческий. Присмотритесь: в самом центре установки, в зазоре между двумя электродами, светится маленькая точка. Это — один-единственный атом, а точнее, ион, стронция. Пойманный в ионную ловушку Пауля и облучаемый лазерным светом, ион поглощает лазерные фотоны, возбуждается, переизлучает их — и в результате светится сам. Как оказалось, это флуоресцентное свечение отдельного иона не такое уж и слабенькое. Для того, чтобы его уловить, вовсе не требуется прибегать к сверхсложным приборам. Давид Надлингер (David Nadlinger), аспирант Оксфордского университета, сфотографировал этот сияющий осколок микромира на обычную зеркальную камеру Canon 5D Mark II DSLR с объективом Canon EF 50mm f/1.8.
Здесь уместно сделать маленькое техническое пояснение.
Еще со школы все знают, что слишком маленькие объекты нельзя разглядеть даже в сверхсильный оптический микроскоп. Это так называемый дифракционный предел. Возникает он потому, что сам свет имеет длину волны около половины микрометра, и все, что мельче этого размера, неконтролируемо размывается в фокусе микроскопа. Но обратите внимание: это ограничение касается лишь разделения нескольких светящихся (или освещенных внешним светом) объектов на отдельные источники света. Дифракционный предел совершенно не мешает нам видеть свечение одного-единственного объекта, каким бы мелким он ни был!
Конечно, для самих ученых в этой фотографии нет ничего необычного. Манипулировать отдельными атомами и ионами, а также их внутренним состоянием, физики научились десятилетия назад, и первооткрыватели экспериментальных методик получили даже свои Нобелевские премии (см., например, вторую половину нашей новости Нобелевская премия по физике — 2012). В современных исследованиях физики умудряются даже подвешивать в вакууме ровные цепочки отдельных атомов и, словно по мановению волшебной палочки, включать и выключать их свечение.
Например, на комбинированном изображении, полученном недавно в лаборатории Trapped Ion Quantum Information в Университете Мэриленда, показана цепочка из 53 отдельных ионов, висящих в ионной ловушке и запечатленных в разные моменты времени. Эти 53 иона выступали в роли квантового симулятора, и каждый ряд на этом изображении — это отдельный снимок, отражающий очередной этап его эволюции. Но если для получения этих изображений использовался специальный инструментарий современной атомной физики, то исходная фотография — это «любительский» снимок, это лазейка в микромир, доступная каждому из нас, и именно этим она так завораживает.
Справедливости ради надо сказать, что, при всей своей визуальной привлекательности, это все же далеко не первый пример, когда человек видел свечение отдельных частиц микромира. В 1960-е годы, когда физики разрабатывали первые коллайдеры, они поштучно запускали электроны в накопительные кольца и сквозь наблюдательное окошко невооруженным глазом (!) видели голубоватое синхротронное свечение от небольшого числа электронов.
На рисунке ниже приведены показания фотодатчика, следившего за синхротронным свечением в итальянском накопительном кольце AdA во время его запуска в феврале 1961 года. Ступеньки на этом графике — это как раз отдельные электроны, влетавшие в ускорительное кольцо и выбывавшие из него. Видно, что отдельные электроны светятся вполне уверенно.
Между прочим, свечение отдельных электронов может в ближайшем будущем стать основой прорывного метода по измерению массы других сверхлегких частиц — нейтрино. Мы писали три года назад про первые шаги нового эксперимента Project 8, в котором наблюдалось уже не оптическое, а радиосвечение от одного нерелятивистского электрона во внешнем магнитном поле. Так что свет от отдельных частиц микромира — это не только красиво, но и реально полезный инструмент исследования.
Фото © David Nadlinger с сайта epsrc.ac.uk.
Игорь Иванов
Атом символ картинки свободный вектор
Этот сайт использует куки. Продолжая просматривать, вы соглашаетесь на использование нами файлов cookie и других технологий отслеживания.
Узнайте больше здесь.
Пожаловаться
Скачать
(98,7 КБ)
Предупреждение осторожно значок знак стеклянный Shiney картинки
Очистить картинки
Секс-символ мужского и женского знак
Электрон Mcol ядро атома
Знак зеленый значок Марк наброски символ проверить тег
атом
Значок с вопросительным знаком
Знак платы вектор 738
Крест вне картинки
Atom Stock-Fotos und Bilder — Getty Images
- CREATIVE
- EDITORIAL
- VIDEOS
Beste Übereinstimmung
Neuestes
Ältestes
Am beliebtesten
Alle Zeiträume24 Stunden48 Stunden72 Stunden7 Tage30 Tage12 MonateAngepasster Zeitraum
Lizenzfrei
Lizenzpflichtig
RF und RM
Durchstöbern Sie 69.
191 atom Stock-Photografie und Bilder. Odersuchen Sie nach molekül oder dna, um noch mehr faszinierende Stock-Bilder zu entdecken.
atomkraftwerk mit dumpfenden, kühltürme und canola field — atom stock-fotos und bilderatomkraftwerk grohnde mit blauem himmel — atom stock-fotos und bilderatoms orbiting — atom stock-fotos und bildernuclear power plant — atom stock-fotos und bilderkernenergie symbole — atom stock-grafiken , -клипарт, -мультфильмы и -символ атомной электростанции и blühenden wiese — атомный сток-фотографии и двухатомная модель, иллюстрация — атомный сток-график, -клипарт, -мультфильмы и -символефранс, Рон, дымящиеся градирни электростанции — атомный сток -fotos und bilderatom — atom stock-fotos und bilderatomgermany, Lower Saxony, Grohnde, Grohnde атомная электростанция — atom stock-fotos und bilderanti-nuclear power flagge — atom stock-fotos und bilderthermal power plant — атом сток-фото и бильдератом структурная структура — атомная графика, -клипарт, -мультфильмы и -symboledrücken sie den knopf.
— атомные стоковые фотографии и бильдеррадиоактивный баррель — атомные стоковые фото и бильдернаклонные фото и бильярдный угол, затухающие в воздухе с синей химией — атомные стоковые фото и бильдеркернкрафтверк — атомные стоковые фото и фото деления — атомные стоковые фото и изображения устойчивой электростанции — атом stock-fotos und bilderabstrakte netzwerkhintergrund — атом сток-графика, -клипарт, -мультфильмы и -символы атом-символ — атом сток-графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ атомная структура, иллюстрация — атом сток-фотографии и бильдерядерные реакторы против голубое небо — атомные стоковые фотографии и бильдермолекулярная структура — атомные стоковые фотографии и изображения внутри термоядерного реактора — атомные стоковые фотографии и атомные элементы атома — атомный сток-график, -клипарт, -мультфильмы и -символплазма, вытекающая из шара, иллюстрация — атомный сток- фотографии и изображения атома — атомные стоковые фотографии и бильдерядерная электростанция, сумерки — атомные стоковые фотографии и изображения квантовой физики значок векторной линии-простой значок тонкой линии , элемент дизайна высшего качества — атомный сток-график, -клипарт, -мультфильмы и -символы паровые градирни на атомной электростанции вокруг заката и фотографии дымоходов, используемых на современной электростанции — стоковое фото — атомные стоковые фотографии и изображения абстрактных иллюстраций — атомные стоковые фотографии и изображения ядерных градирен — атомные стоковые фотографии и изображения атомных крафтверков с демпфирующим теплом — атомные стоковые фотографии и изображения плавающих молекул.
— атомные стоковые фотографии и бильдератомная электростанция — атомные стоковые фотографии и бильдератомы — атомные стоковые фотографии и значки бильдернауки — серия монолиний — атомные стоковые графики, -клипарты, -мультфильмы и -символы радиоактивный предупреждающий знак — атомные стоковые фото und bilderfranzösisches kernkraftwerk luftbild in landlicher landschaft im sommer mit rauchenden kühltürmen am blauen himmel — atom stock-fotos und bilderthe солнце и радиоактивный символ — atom stock-grafiken, -clipart, -cartoons und -symbolekernkraftwerk — atom stock-fotos und bilderatom-symbol auf Transparentem Hintergrund — атомная графика, -клипарт, -мультфильмы и -символический вектор значка иллюстратора. простой символ атома — атом стоковые фотографии и изображения колосса — атомные стоковые фотографии и изображения3 d-strahlung schild — атомные стоковые фотографии и изображения теплых слов — атомные стоковые фотографии и изображения набор символов, ден энергетический сектор и промышленная промышленность — атомные изображения , -clipart, -cartoons und -symbolepower plant — атомные стоковые фотографии и изображения энергии — атомные стоковые фотографии и бидератомная структура, иллюстрации — атомные стоковые фотографии и изображения kernkraftwerk — атомные стоковые изображения, -клипарты, -мультфильмы и -символы , иллюстрация — атом сток-графика, -клипарт, -мультфильмы и -символикосаэдр — атом сток-графика, -клипарт, -мультфильмы и -символруки обхватывают светящийся атом в студии — атом сток-фотографии и бильдерстрахлунгсмустер — атом сток-график, -clipart, -cartoons und -symbolerradioaktivität gefahr zeichen — atom stock-grafiken, -clipart, -cartoons und -symbole из 100
Сканирующая туннельная микроскопия — FunsizePhysics
Перейти к содержимому
5 ноября 2020 г.
0
Сканирующая туннельная микроскопия
by Paulo Costa
Как делается снимок?
Вы выстраиваете свой телефон, чтобы сфотографировать свою собаку. Свет падает от солнца, отражается от собаки и попадает в объектив вашей камеры, позволяя вам сделать снимок. Ваши глаза работают аналогичным образом, принимая все частицы света, известные как фотоны, которые рассеиваются объектами в мире. Большинство вещей «видят», обнаруживая эти отражающиеся фотоны, поэтому и вам, и вашему телефону трудно что-либо увидеть, когда свет выключен.
Но что, если вы хотите сфотографировать что-то намного меньше вашей собаки? Что, если вы хотите сфотографировать атом? В то время как микроскопы могут помочь увидеть более мелкие объекты, у фотонов есть свои пределы. Два атома, сидящие рядом друг с другом, слишком близко друг к другу, чтобы их можно было различить с помощью фотонов. Если фотон отразится от одного из них, камера не сможет определить, от какого именно атома отскочил фотон.
Атомы просто слишком малы, чтобы сфотографировать их с помощью фотонов. Чтобы получить изображения атомов, эти фотоны нужно заменить другой частицей, более подходящей для получения этих крошечных изображений.
Электроны — это новые фотоны
Если два объекта поднести достаточно близко друг к другу, при определенных условиях электроны от одного объекта перейдут к другому. Что полезно, так это то, что эти электроны не страдают от той же проблемы, что и фотоны. Даже если два объекта невероятно близки, например, два соседних атома, можно определить, какой электрон пришел из какого атома.
Итак, вместо фотонов, как в обычной камере, атомы видятся электронами. Поскольку частица, используемая для наблюдения, теперь другая, «камера» также должна быть другой. Традиционные камеры имеют объектив, который пропускает фотоны, чтобы камера могла их обнаружить. Электроны путешествуют не так, как фотоны, поэтому вместо линзы используется провод с чрезвычайно заостренным концом, чтобы протянуть эти электроны к оборудованию, которое может их обнаружить.
Если кончик проволоки достаточно острый, можно определить, из какого атома исходит электрон.
Перемещая этот заостренный кончик проволоки по плоской поверхности, можно получить электроны от всех присутствующих объектов. Этот провод может отображать формы атомов благодаря особому соотношению между тем, насколько далеко объект находится от провода, и тем, сколько электронов он отдаст. Объекты, расположенные дальше от провода, отдают лишь несколько электронов, в то время как объекты, расположенные очень близко к кончику, отдают ему много электронов. Программное обеспечение, подключенное к проводу, рисует изображение на основе полученных электронов, выделяя яркие пятна там, где чувствуется много электронов, и темные области, где, по его мнению, электронов принимает мало. Вот как обнаруживаются эти атомы и как делается их фотография. С помощью камеры объекты можно увидеть, регистрируя отскочившие от них фотоны. Однако атомы можно увидеть, обнаружив их электроны. Поэтому, когда проволока создает «фотографию», она на самом деле визуализирует электроны, которые объекты удерживают внутри себя.
Использование острых проводов для фотографирования путем обнаружения электронов с поверхностей — это метод, известный как сканирующая туннельная микроскопия, или сокращенно СТМ.
Больше, чем просто камера
Теперь должно быть очевидно, что способ захвата изображения STM сильно отличается от того, как это делает обычная камера. Уникальный способ, которым STM создает изображения, не только позволяет ему отображать очень маленькие объекты, но и позволяет выйти за рамки того, что может сделать обычная камера. STM предназначен не только для фотосъемки.
Если наконечник СТМ поднести очень близко к атому, взаимодействие между ними вызовет притяжение атома к наконечнику. Затем наконечник может забрать атом и отбросить его в другом месте. Используя СТМ, ученые могут манипулировать отдельными атомами, контролируя их положение на поверхности. Можно строить структуры, составлять слова и даже снимать фильмы, используя атомы для рисования персонажей.
STM — это мощный инструмент, используемый для наблюдения за мельчайшими фундаментальными строительными блоками нашего мира.