Molekulavadászat, 21. századi eszközökkel

Így néznek ki az atomok valójában

Látni akarja, hogyan néznek ki a mindent felépítő atomok, molekulák? Kattintson!

2011.08.25 10:04Szilágyi Szabolcs - ma.hu
nyomtatásKinyomtatom
beszélj rólaFórumozok róla
+Nagyobb betűméret-Kisebb betűméretbetűméret

Az általános- és középiskolai oktatásból talán mindenki emlékszik még azokra a sematikus ábrákra, amelyek az atomszerkezeteket ábrázolják. Egy-egy ilyen szemléltető rajzon rendszerint középen helyezkedik el a néhány protonból és neutronból álló atommag, és körülötte kis „gömbök” formájában, egy határozottan megrajzolt, többnyire kör alakú pályán láthatók az elektronok.
 
Pedig a valóság egészen más. Az elektronok nem egy nanométer pontosságú útvonalon keringenek az atommag körül, és a molekulák sem teljesen úgy kapcsolódnak egymáshoz, ahogyan azt a közoktatásban ábrázolják. Ahhoz viszont, hogy ténylegesen megnézhessük, miként is helyezkednek el ezek a parányi részecskék, igen fejlett mérőműszerekre van szükség.

Az elektronok ugyanis közel sem nyugalmi állapotban találhatók a protonok és neutronok alkotta mag körül, olyan tempóban mozognak, amit igen nehéz vizuálisan rögzíteni. Egyfajta felhőben találhatók, pillanatnyi helyzetük pedig gyakorlatilag megállapíthatatlan, legalábbis a Heisenberg-féle határozatlansági reláció szerint (a kvantummechanika egyik sarokkövét Werner Heisenberg fedezte fel, aki rájött, hogy a parányi részecskék minden paramétere egy adott időpontban nem határozható meg pontosan, például nem mérhető meg egyszerre pontosan egy részecske térbeli helye és impulzusa).
 
Nos, habár a Heisenberg-elv továbbra sincsen veszélyben, azért van hova fejlődni a vizuális ábrázolás tekintetében. Ebben a témában ért el áttörést az IBM zürichi kutatólaboratóriuma csapatának és a brit Liverpooli Egyetem professzorainak közös munkája. Ehhez egy úgynevezett pásztázó alagútmikroszkópot (scanning tunneling microscope - STM) használtak, mely parányi fémtűjének hegye mindössze pár atom „széles”. Ez a tű mozog oda-vissza a vizsgálandó felület felett, így véve mintát a kívánt felületről. És ennél többre is képes: feszültség alá helyezve a tű és a felület között elektronvándorlás zajlik, amit a tudomány kvantumalagútnak hív. A vizsgált felületen levő elektronok sűrűségének mérésével pedig lehetővé válik az adott felület „feltérképezése”.
 
Ez a módszer azonban nem teszi lehetővé egyedülálló molekulák pontos vizsgálatát, egyrészt az eltérő elektronsűrűség, másrészt az STM korlátozott felbontása miatt. Leo Gross és svájci kollégái, illetve a liverpooli egyetem Felületi Tudományok Kutatóközpontjának szakemberei megoldást találtak a problémára. Először is a vizsgálandó szerves molekulák - pentacén és Nátrium-ftalocianin - felületét szigetelő só nagyon finom, vékony rétegével vonták be. Ezt követően megnövelték az STM felbontását és érzékenyebbé tették a molekulapálya fázisainak érzékelésére.
 
Ennek eredményei láthatók a fenti képeken. Noha a kvantumszámítások az esetek többségében pontosnak bizonyulnak, mivel a tudományterület még mindig relatíve újnak mondható, előfordul, hogy mégsem az elvárt eredményt kapják a kutatók egy vizsgálat során. Ilyenkor jöhet jól, ha meg is nézhetik, valójában mi a helyzet a molekulával. Emellett a molekuláris szintű gépek létrehozását is fellendítheti a technika, mely révén nanoszintű eszközök lesznek létrehozhatók.

Kapcsolódó írások:

Figyelem! A cikkhez hozzáfűzött hozzászólások nem a ma.hu network nézeteit tükrözik. A szerkesztőség mindössze a hírek publikációjával foglalkozik, a kommenteket nem tudja befolyásolni - azok az olvasók személyes véleményét tartalmazzák.

Kérjük, kulturáltan, mások személyiségi jogainak és jó hírnevének tiszteletben tartásával kommenteljenek!

Amennyiben a Könyjelző eszköztárába szeretné felvenni az oldalt, akkor a hozzáadásnál a Könyvjelző eszköztár mappát válassza ki. A Könyvjelző eszköztárat a Nézet / Eszköztárak / Könyvjelző eszköztár menüpontban kapcsolhatja be.