نخستین فیلم واقعی با شرکت اتم‌های کربن

محققان در حالی به این مهم نائل شده‌اند که رشد اتم به اتم یا انقباض کریستال‌ها یکی از بنیادی‌ترین مسائل فیزیک جامدات بوده و برای سامانه‌های نانو مقیاسی که اضافه شدن یا کسر حتی یک اتم منفرد می‌تواند نتایج چشمگیری برای خواص مکانیکی، نوری، الکترونیکی، حرارتی و مغناطیسی مواد در بر داشته باشد از اهمیت بسیار ویژه‌ای برخوردار است. محققان معتقدند توانایی دیدن همزمان حرکت اتم‌های مجزا به اطراف و نیز مشاهده چگونگی شکل‌بندی اتمی و تاثیر آن بر خواص سامانه مثل این است که یک زیست‌شناس قادر به مشاهده همزمان فرآیندی باشد که طی آن سلول‌ها تقسیم می‌شوند و به سمت تشکیل ساختاری با کارکرد پیچیده‌تر حرکت می‌کنند. به اعتقاد محققان، قابلیت‌های منحصر به‌فرد میکروسکوپ فوق پیشرفته انتقال الکترون موجب شده است آنها موفق به ارائه تصاویری با وضوح نیم انگستروم شوند که کمتر از قطر یک اتم منفرد هیدروژن است و نتیجه کار مشاهده همزمان جنبش‌های اتم‌هاست که می‌تواند منجر به سطح نوینی از درک و کنترل نانو‌مواد شود و به گفته محققان با پیشرفت‌های بیشتر در زمینه تنظیم‌کننده‌ها و آشکارسازهای نوری الکترونی می‌توان به افزایش حساسیت و سرعت چنین مشاهداتی امیدوار بود و از این پس حرکتی تازه برای دیدن نمایی زنده از بسیاری واکنش‌ها در مقیاس اتمی آغاز خواهد شد.

محققان با براده‌برداری گرافنی از نوک یک مداد و معلق کردن این نمونه در یک مختصات شبکه‌بندی مشاهده میکروسکپی و استفاده از پرتوافکنی طولانی مدت با اشعه میکروسکوپ الکترونی، سوراخی در شبکه اولیه شش‌وجهی کربن گرافن وارد کردند. این حفره با متمرکز نمودن اشعه بر نقطه‌ای روی صفحه گرافنی و راندن اتم‌ها به‌وجود آمد و چون اتم‌های لبه حفره دائما به‌وسیله الکترون‌های اشعه رانده می‌شوند، اندازه سوراخ ایجاد شده رشد می‌کند و محققان توانستند از همین فرآیند برای ضبط فیلمی به منظور نمایش رشد حفره و ترکیب‌بندی مجدد اتم‌های کربن استفاده کنند. در این فرآیند اتم‌هایی که همسایگان خود را از دست می‌دهند، بسیار فرار می‌شوند و با حرکت سریع به اطراف دائما در حال تغییر موقعیت خودشان از یک وضعیت فوق پایدار به وضعیت بعدی هستند. محققان توانستند با وجود تغییر پیاپی شکل‌بندی اتمی، فرم زیگزاگی از شکل‌بندی که پایدارتر از همه بود را در لبه حفره تشخیص دهند.

دستگاه 0.5 TEAM  که به تصویر کشیدن حرکت اتم‌های کربن را محقق کرده، ویژگی‌های بسیار پیشرفته تکنیکی از جمله منبع الکترون فوق‌العاده روشن، تجهیزات الکترونیکی فوق پایدار برای کاهش جریان انحرافی و شاید از همه مهمتر ثبات برای تامین تصحیحات نوری برای خطای کروی یا همان انحراف و تاری دید است. این لکه‌های کروی با ایجاد خال‌های نوری دیسک مانند از فاکتورهای محدود‌کننده اصلی در وضوح میکروسکوپی انتقال الکترون بوده‌اند. از این رو قابلیت این فناوری پیشرفته برای تصحیح چنین خطاهای کروی آن را بدل به ابزاری چند‌بعدی و فراگیر با امکانات متنوع کرده است. این دستگاه قادر به اجرای طیف‌نمایی روی یک اتم در لحظه است که روشی‌ایده آل برای تعیین محل دقیق ناخالصی‌ها در نمونه همگن در نیمه‌هادی‌ها محسوب می‌شود. از طرفی قابلیت تصحیح خطاهای دید، این فناوری برتر را قادر به ارائه تصاویری با وضوح بالا در اشعه الکترونی با انرژی‌های نسبتا پایین کرده است. چون که الکترون‌های با انرژی کمتر به دلیل طول موج‌های بلندترشان دشوارتر از الکترون‌های انرژی بالاتر متمرکز می‌شوند و قابلیت تصحیح انحرافات این مشکل را برطرف کرده است.

مترجم: مهریار میرنیا / منبع: science mag