ساخت قدرتمندترین میکروسکوپ جهان با قابلیت مشاهده اتم
به گزارش اینترستینگ انجینیرینگ، میکروسکوپ‌ها همه چیز را از سلول‌های شلوغ گرفته تا ویروس‌ها و ساختار‌هایی در مقیاس نانو قابل مشاهده می‌کنند.
بااین‌حال، حتی قدرتمندترین میکروسکوپ‌های نوری نیز به‌خاطر یک قانون فیزیک به نام حد پراش محدود شده‌اند که مانع از مشاهده واضح هر چیزی کوچکتر از حدود ۲۰۰ نانومتر می‌شود. این محدودیت مشاهده دقیق اتم‌های منفرد را بسیار دشوار کرده است.
این مشکل مانع از مشاهده چگونگی برهمکنش نور با اتم‌ها یا مولکول‌های منفرد شده که درک دقیق آن گامی حیاتی برای پیشرفت علم مواد، الکترونیک و تحقیقات کوانتومی است.
اما گروهی از محققان بین‌المللی از ژاپن، اسپانیا و آلمان بالاخره بر این چالش غلبه کرده‌اند. آنها یک روش جدید تصویربرداری به نام ULA-SNOM اختراع کرده‌اند که مشاهده اشیای بسیار ریز را در ابعاد یک نانومتر ممکن می‌کند. از این طریق می‌توان با استفاده از میکروسکوپ اتم‌های منفرد را با استفاده از قدرت نور تفکیک کرد.
دانشمندان می‌گویند این میکروسکوپ جدید نوری به ما امکان می‌دهد رفتار نور را نیز در سطح اتم‌های منفرد مشاهده کنیم. این کار تا پیش‌ازاین با دقت پایین‌تر فقط با ابزار میکروسکوپی مبتنی بر الکترون‌ها امکان‌پذیر بود.
این پیشرفت انقلابی در نحوه مطالعه مواد در سطح بنیادی ایجاد کرده و همه چیز را از نحوه ساخت سلول‌های خورشیدی گرفته تا نحوه درک واکنش‌های شیمیایی و سیستم‌های کوانتومی، تغییر می‌دهد.
محققان از میکروسکوپ ULA-SNOM برای تصویربرداری از جزایر سیلیکونی با ضخامت تک اتم که روی یک سطح نقره قرار گرفته بودند، استفاده کردند.
این لایه‌های سیلیکونی فقط یک اتم ارتفاع داشتند، ولی میکروسکوپ توانست به وضوح نشان دهد که سیلیکون کجا تمام شده و پوشش نقره از کجا شروع می‌شود. دقت تصاویر ثبت شده در حدود یک نانومتر بود و برای اولین‌بار، محققان توانستند به وضوح ببینند که چگونه یک اتم بر رفتار نوری یک ماده تأثیر می‌گذارد. این پیشرفت منجر به طراحی دقیق نانوساختار‌ها در صنعت الکترونیک و کشف مواد فوتونی جدید و بهتری می‌شود که نور را با کارایی بیشتری جذب می‌کنند.
با این حال، میکروسکوپ ULA-SNOM به خنک‌کننده برودتی، خلاء فوق‌العاده بالا، نوک‌های فلزی شکل دقیق و سیستم‌های لیزری پایدار نیاز دارد، ابزاری که فقط در آزمایشگاه‌های تخصصی موجود هستند؛ لذا فعلاً تولید تجاری این میکروسکوپ چالش بزرگی است.
