اتم‌ها واقعا چه شكلي هستند؟

اغلب تصاویری که تاکنون از شکل اتم‌ها منتشر شده، برپایه محاسبات یا شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای رسم شده است. اما پژوهشگران با استفاده از روش ریزبینی گسیل میدانی نشان داده‌اند این شکل‌ها کاملا درست است.
در كتاب‌هاي فيزيك و شيمي، غالبا تصاويري از اتم‌ها با حدس و گمان ترسيم مي‌شود. در اين تصاوير معمولا هسته اتم در محاصره مدارهاي الكتروني ترسيم شده، اما اين شكل‌ها بيشتر براساس احتمال يافتن اتم در نقطه‌اي خاص در اطراف اتم رسم شده تا شكل واقعي اتم.
به گزارش ساينتيفيك ‌امريكن ، محققان موفق شده‌اند با تهيه تصاويري واقعي از مدارهاي الكتروني ، نشان دهند كه اين مدارها از يك جهت واقعا شبيه تصاوير چاپ شده در كتاب‌ها هستند.
ايگور ميخائيلوفسكي و همكارانش در موسسه فيزيك و فناوري خاركوف اوكراين ، با استفاده از يك شيوه‌ تصويرپردازي قديمي به نام ريزبيني گسيل ميداني ، شكل اين مدارها را در اتم‌هاي كربن به تصوير كشيده‌اند.

براي اين تصويربرداري ، محققان زنجيره‌اي از اتم‌هاي كربن را توليد و آن را از يك قلم گرافيتي آويزان كردند. سپس آن را در مقابل صفحه آشكارساز قرار دادند. وقتي پتانسيل الكتريكي چند هزار ولتي بين گرافيت و صفحه آشكارساز برقرار شد، الكترون‌ها يكي‌يكي ميان گرافيت و حلقه كربن جريان يافتند و در نهايت، ميدان الكتريكي، آن‌ها را به سمت آخرين اتم حلقه كشاند. دانشمندان از روي نقاطي كه الكترون‌ها روي صفحه به جا گذاشته بودند، توانستند مكان‌هايي را كه الكترون‌ها مدار خود را در آخرين اتم ترك كرده بودند شناسايي كنند. قسمت‌هايي كه تراكم بيشتري داشتند، از امكان بيشتري براي تابش الكترون برخوردار بودند. تلفيق اطلاعات بدست آمده از الكترون‌هاي بسيار ، شكلي ابرمانند را ترسيم كرد.
ميخائيلوفسكي در اين رابطه گفت:« ما واقعا تصوير يك اتم واحد را در اختيار داريم.»
با اين حال اين تصاوير تنها مدارهاي بيروني‌اي را نشان مي‌دهند كه مدارهاي داخلي و هسته را دربر گرفته‌اند. با تغيير شدت جريان، گروه قادر خواهد بود نيروي خارجي‌ترين الكترون آخرين اتم را از سطح پايين به سطحي بالاتر برساند. در نتيجه شكل مدار از كروي به دمبل تغيير پيدا خواهد كرد.

يكي ديگر از مشاهدات گروه اين بود كه الكترون‌ها خود به خود از يك وضعيت به حالت ديگر تغيير پيدا مي‌كردند. دليل اين اتفاق از نظر ميخائيلوفسكي نامعلوم است. همچنين اشكال غريب كه تحت تاثير ناخالصي‌هايي از اتم‌هاي ديگر مانند هيدروژن بود نيز در اين آزمايش ديده شد.
دانشمندان پيش از اين نيز با استفاده از ابزارهايي چون ميكروسكوپ الكتروني فراگسيل يا ميكروسكوپ‌هاي تصويربرداري تونلي (اس.تي.ام) استفاده كرده بودند. ميكروسكوپ الكتروني فراگسيل الكترون‌ها را به سمت هدف شليك مي‌كند و با تحليل ميزان انحراف آن‌ها، ساختار هدف را آشكار مي‌كند. ميكروسكوپ‌هاي اس.تي.ام نيز با اندازه‌گيري تغييرات جزيي فاصله، سطح نمونه را لمس مي‌كند.
اما اغلب اتم‌ها شكلي غير از گلوله دارند. از سوي ديگر در روش ريزبيني گسيل ميداني، الكترون‌ها از جسمي كه تحت تصويربرداري است، خارج مي‌شوند. الكس زتل از دانشگاه كاليفرنيا در بركلي معتقد است اين تفاوت ممكن است انحرافات يا تفاسير غلط را در مورد علائم كاهش دهد. وي مي‌گويد: «اين مسئله درست مثل اين است كه يك كلمه را درست از زبان سخن‌گو بشنويم، نه يك مترجم يا مفسر.»
اين شيوه، علاوه بر تاييد تصاوير كتاب‌ها، مي‌تواند خصوصيات اتم‌هاي كربن را نيز كه تاكنون كاملا ناشناخته مانده‌اند، مشخص كند. فيزيك‌دانان گمان مي‌كنند اين اتم‌ها، رساناهاي قدرتمند با ساختاري مستحكم باشند و در آينده در كامپيوترهاي مقياس اتمي آينده مورد استفاده قرار گيرند.
ارسالي از طرف کاربر محترم : sm1372