HTML

Nanotechnológia blog

Minden, ami nano - könnyedén, elfogultan, fizikus szemmel.

Innen nanóztok ti

Locations of visitors to this page

Felhasználási feltételek

Creative Commons Licenc

További olvasnivaló

GA

Látja? Nem látja? Na, látja!

2009.06.30. 00:00 AttoFemto

 

"Látni és látszani!" - ez volt az Állj! Közlekedj okosan! című rajzfilmben a Kutyus egyik sokat emlegetett alapelve (vagy Csíkos Úr mondta? most összezavarodtam). Mindegy, a lényeg, hogy bármely technológia legalapvetőbb művelete az észlelés és a mérés. Miért lenne kivétel a nanotechnológia? Egyrészt jó, ha az ember látja, hogy mit csinál éppen, másrészt ha már kész van, szeretne elgyönyörködni a látványban. (v.ö. "Évmilliókig eljár tengelyén / Mig egy kerékfogát ujítni kell.") Meg vannak ezek a kukacoskodó többiek, akik nem mindig hiszik el bemondásra, hogy mit csinált az ember fia, mégha atomi szinten is. Van is némi igazságuk, mert hiszen valljuk be, az, hogy "Képzeld, olyat manipuláltam nanoméretben, hogy csak na, itt van a zsebemben, de sajnos senki nem látja, olyan pici!" nem hangzik túl meggyőzően, őszintén szólva még régen sem ment volna el csajozószövegnek sem a helyi dizsiben. Bár a bélyeggyűjteményes sztorinál eredetibb. 

 Node nem kell megijedni, ma sarokba szorítjuk a kétkedőket: megismerkedünk a pásztázó alagútmikroszkóppal, melynek segítségével nemcsak látni, de (korlátozott mértékben) manipulálni is lehet egyes atomokat. Ez eddig a jó hír. A rossz az, hogy most már nem úszhatunk meg egy kis bevezetőt a kvantummechanikába. Kvantummechanika pediglen a látszat ellenére nem olyan hölgyet jelöl, aki kvantumokat javít (© Terry Pratchett), hanem a kicsi, atomi illetve szubatomi méretek fizikáját. Jobb, ha elkezdünk hát hozzászokni.

Forrás: wikipedia

A mára rendelt penzum az alagúteffektus. Viszonylag egyszerű. Tegyük fel, hogy egy falon szeretnénk átdobni egy labdát: ezt a kísérletet mindenki sokszor elvégezte gyermekkorában. A kísérlet kimenetele kétféle lehet: ha nem dobjuk elég magasra a lasztit, hát visszapattan a falról, és kezdhetjük az egészet újra. Ellenben ha elég magasra dobtuk a labdát, magasabbra, mint a fal, hát sikerrel jártunk, mert a labda átmegy a túloldalra. Hogy hogyan szerezzük vissza, az már egy másik történet. Most ismételjük meg a kísérletet, de előtte zsugorodjunk össze úgy nyolc-kilenc nagyságrendnyit. Meglepő dolgot tapasztalunk: (sok egyéb fucsaság mellett) a labda néha olyankor is átkerül a fal túloldalára, mikor nem is dobtuk elég magasra. Mintha valami alagúton ment volna át! (Erről a hasonlatról veszi nevét az effektus.) Persze nincs ott semmiféle alagút, bárhogy bámuljuk a falat. Hát akkor mi történt? A rövid válasz az, hogy az egészen pici dolgok egészen másképp viselkednek, mint a nagyok, s a labdákon és köveken edződött intuíciónk tévútra visz bennünket a parányok világában. Van persze hosszabb válasz is: a parányok világában az energiamegmaradásnak csak hosszú időtartamokra vett átlagban van értelme. Nanoméretű labdánk energiája (tkp. az, hogy milyen magasra megy fel) nem jól definiált rövid időtartamokra: a Heisenberg-féle határozatlansági reláció mondja meg, mennyi ideig állhat fenn energiabizonytalanság. Elképzelhető tehát, hogy labdánk "kölcsönkap" annyi energiát, hogy elérje a fal magasságát. Persze ezt a kölcsönt vissza kell fizetnie, minél nagyobb a kölcsön, annál hamarabb. (Bár kamat szerencsére nincs.) Elképzelhető azonban, hogy ez alatt a rövid idő alatt, kölcsönenergiával átjut a falon, utána meg nyugodt szívvel visszaadja, hisz' már nincs szüksége rá. No, ekkor mondjuk, hogy alagutazott a labda. 

Miért nem működik ez normális méretű labdával? - kérdezzük, amint sikerült visszanyernünk eredeti méretünket. A helyzet az, hogy a normális méretű labdák falakon való átjuttatásához rengeteg kölcsönenergia kell, amit borzasztó rövid idő alatt vissza kell fizetni. Olyan rövid idő alatt, hogy azalatt a labdánknak esélye sincs átjutni a falon. Nem érdemes tehát az alagúteffektus felhozni magyarázatként, ha a szomszéd néni kérdőre von bennünket: ugyan-vajon hogyan került a pettyes a krizantémok közé? (Van még egyéb probléma is a rendes méretű labdákkal - nem megyünk itt bele a részletekbe, de sokakat érdekelne az, hogy mekkora az a legnagyobb labda, ami még képes alagutazni. Még tán a Nobel-bizottságot is. Legközelebb, ha összezsugorodunk, tessék jobban figyelni!)

Forrás: wikipedia

No, de hogy lesz ebből mikroszkóp? Egyszerűen! Képzeljük el, hogy valaki van olyan előzékeny, és a vizsgálandó objektumunkat egy fallal veszi körül. A fal vastagsága nem egyenletes, mert a felénk eső felülete sík. Ha meg tudjuk mondani, milyen vastag a fal, akkor azt is tudjuk, hogy néz ki a mögötte lévő felület. (Figyelem, költői kérdés következik!) De hogyan is tudnánk megmondani, milyen vastag a fal?! Nos, valaki? Igen, ott hátul! Úgy van, dobáljunk rá labdákat! Ahol vékonyabb a fal, ott nagyobb valószínűséggel alagutazik a labda, ahol vastagabb, ott kisebbel. Dobáljunk tehát sok labdát! És persze kicsiket, hogy legyen esélyük alagútazni. Legyenek ezek a labdák elektronok! Legyen a fal vákum! - mondá Gerd Binnig és Heinrich Rohrer, s lőn pásztázó alagútmikroszkóp. Mindez történt 1981-ben az IBM zürichi kutatócsoportjában. 1986-ban Nobel-díjjal jutalmazták a két kutatót.

Forrás: IBM

Az általuk megalkotott mikroszkóp sematikus képe itt fent látható. Elektromos feszültséget kapcsolnak a tanulmányozandó minta és egy (rendkívül hegyes) tű közé. A tű és a minta között folyó áram információt szolgáltat a minta és a tű közötti rés vastagságáról, ha tehát a tűt állandó magasságon végighúzzuk a minta felett, az egyes helyeken mért áramértékek megadják a minta magasságát az adott pontban. A térbeli felbontást lényegében semmi más nem befolyásolja, mint a tű hegyessége és a mozgatásának pontossága. Használjunk hegyes tűt, és mozgassuk azt piezoelektromos elven! Egy tipikus STM (a pásztázó alagútmikroszkóp angol nevéből -scanning tunneling microscope- képzett betűszó) kép itt balra látható. Igen, eltalálták: azok ott atomok. A pásztázó alagútmikroszkóp felbontására jellemző értékek: 0,1 nm vízszintes felbontás és 0,01 nm függőleges felbontás, azaz durván 1/3 atomnyi felbontás oldalirányban és 1/30 atomnyi felbontás függőlegesen. Szerintem csodálatra méltó.

 De mi a helyzet, ha a minta nem vezeti az elektromos áramot? És hogyan rakták ilyen takaros halomba az atomokat? És mi van odaírva? Jogos kérdések. Pontosan ezzel foglalkozunk legközelebb.

Szólj hozzá!

Címkék: mikroszkóp stm alagúteffektus

A bejegyzés trackback címe:

http://nanotechnologia.blog.hu/api/trackback/id/tr161216699

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben.

Nincsenek hozzászólások.