Шэдэўр ад IBM: Інжынеры паказалі мультфільм з атамаў

Мультфільм «малявалі» малекуламі монааксіду вугляроду.

Кампанія IBM стаіць ля вытокаў вялікай колькасці сучасных тэхналогій, адна з якіх - сканавальная тунэльная мікраскапія. Для дэманстрацыі сваіх магчымасцяў інжынеры кампаніі аднойчы знялі мультфільм, кожны кадр якога намаляваны некалькімі атамамі, паведамляе popmech.ru.

«Хлопчык і ягоны атам» (A Boy And his Atom) навукоўцы «малявалі» малекуламі монааксіду вугляроду з дапамогай сканавальнага тунэльнага мікраскопа (СТМ). Першым праходам іголкі малекулы размяшчаліся ў патрэбных месцах, а другім счытваўся атрыманы малюнак. Хвалі, якія разыходзяцца ад контураў фігур - гэта электронны газ, які складаецца з вольных электронаў на паверхні меднай падкладкі.

Выніковы малюнак атрыманы не ў аптычным дыяпазоне - павялічыць што-небудзь у бачным спектры ў 100 мільёнаў разоў немагчыма. Сканавальны вузел СТМ праходзіць над доследным узорам на адлегласці некалькіх ангстрэм (0,1 нм або адна дзсяцімільярдная частка метра) і фіксуе атамы або малекулы па зменах тунэльнага току ў вельмі вострай металічнай іголцы.

Хоць звонку СТМ часцей стварае ўражанне спехам сабранай эксперыментальнай устаноўкі, яго магчымасці фактычна перавярнулі ўяўленне даследчыкаў аб працы з ўзорамі нанаметровага маштабу

Вынікам сканавання становіцца мапа вышынь, якая адлюстроўвае размяшчэнне атамаў на паверхні спецыяльнай падкладкі. Каб спыніць цеплавы рух атамаў, у рабочай зоне СТМ падтрымліваецца вакуум, а ўзор астуджваецца да тэмператур 10-15 градусаў Кельвіна. Для ліквідацыі ўплыву перашкод у памяшканні з мікраскопам забяспечваецца поўная вібрацыйная і гукавая ізаляцыя, а таксама адключаюцца ўсе староннія прыборы.

За вынаходніцтва СТМ інжынеры IBM Герд Бінінг і Генрых Рорэр уганараваныя Нобелеўскай прэміяй у 1986 годзе. Створаны імі за пяць гадоў да гэтага прататып стаў першым у класе сканавальных зондавых мікраскопаў. Акрамя магчымасці атрымліваць мапу вышынь доследнага ўзору, СТМ можа маніпуляваць атамамі і малекуламі, падводзячы іголку нашмат бліжэй, чым патрабуецца для вымярэння.

Прынцып працы СТМ вытанчаны і просты - ёсць іголка, ёсць узор і ёсць электроны, якія тунэлююць паміж імі. Ідэі такой устаноўкі луналі ў розумах фізікаў з пачатку XX стагоддзя, але ўвасобіць у жыццё іх здолелі толькі крыху менш за 40 гадоў таму.

Аўтарамі гэтага роліка рухала жаданне паказаць свету плён працы, якая не проста складаная і цікавая, але і прыводзіць іх саміх у захапленне. «Калі я змагу гэта зрабіць стварыўшы фільм і стварыць матывацыю для тысячы дзяцей пайсці ў навуку, а не стаць юрыстам, я буду супершчаслівым», - распавядае аб стварэнні кароткаметражкі адзін з ініцыятараў праекта Андрэас Хайнрых, вядучы спецыяліст даследчага падраздзялення IBM.

Магчымасць маніпулявання асобнымі атамамі або малекуламі надзвычай актуальная для сучаснай мікраэлектронікі, а «Хлопчык і яго атам» наглядна паказвае, якіх вышынь дасягнулі ў гэтым інжынеры IBM. Падрабязны аповед пра тое, як і навошта ствараўся гэты кароткі ролік, можна знайсці на YouTube-канале кампаніі па пачатку загалоўкаў «IBM Atomic Shorts».