Мультфільм з атомів: шедевр інженерів IBM

Компанія IBM стоїть біля витоків великої кількості сучасних технологій, одна з яких — скануюча тунельна мікроскопія. Для демонстрації своїх можливостей інженери компанії одного разу зняли мультфільм, кожен кадр якого намальований кількома атомами.

Василь Парфьонов

«Хлопчик і його атом» (A Boy And his Atom) вчені «малювали» молекулами монооксиду вуглецю за допомогою скануючого тунельного мікроскопа (СТМ). Першим проходом голки молекули розташовувалися в потрібних місцях, а другим чувалося вийшло зображення. Хвилі, які розходяться від контурів фігур — це обурення електронного газу, що складається з вільних електронів на поверхні мідної підкладки.

Підсумкове зображення отримано не в оптичному діапазоні — збільшити що-небудь у видимому спектрі в 100 мільйонів разів неможливо. Скануючий вузол ВТМ проходить над досліджуваним зразком на відстані декількох ангстрем (0,1 нм або одна десятимиллиардная частина метра) і фіксує атоми або молекули щодо змін тунельного струму в дуже гострої металевої голки.

Хоча зовні ВТМ частіше проивзодит враження наспіх зібраної експериментальної установки, його можливості фактично перевернули уявлення дослідників про роботу із зразками нанометрового масштабу

Підсумком сканування стає карта висот, що відображає розташування атомів на поверхні спеціальної підкладки. Щоб зупинити тепловий рух атомів, в робочій зоні ВТМ підтримується вакуум, а зразок охолоджується до температури до 10-15 градусів Кельвіна. Для усунення впливу завад в приміщенні з мікроскопом забезпечується повна вібраційна і звукова ізоляція, а також відключаються всі сторонні прилади.

За винахід ВТМ інженери IBM Герд Бинниг і Генріх Рорер удостоїлися Нобелівської премії в 1986 році. Створений ними за п’ять років до цього прототип став першим в класі скануючих зондовых мікроскопів. Крім можливості отримувати карту висот досліджуваного зразка, ВТМ може маніпулювати атомами і молекулами, підводячи голку набагато ближче, ніж потрібно для вимірювання.

Принцип роботи ВТМ витончений і простий — є голка, є зразок і є електрони, які туннелируют між ними. Ідеї подібної установки витали в умах фізиків з початку XX століття, але втілити в життя їх вийшло лише трохи менше 40 років тому.

Авторами цього ролика рухало бажання показати світу плоди роботи, яка не просто складна і цікава, але і приводить їх самих у захват. «Якщо я зможу це зробити створивши фільм і смотивировав тисячу дітей піти в науку, а не стати юристом, я буду супер счаслів», — розповідає про створення короткометражки один з ініціаторів проекту Андреас Хайнріх, провідний спеціаліст дослідного підрозділу IBM.