|
|
 |
Ατομικά αποτυπώματα
|
|
|
|
|
|
|
Το να αποφασίσουμε εάν ένα υλικό είναι, για παράδειγμα, ατσάλι, τούβλο, ξύλο ή πλαστικό αποτελεί εύκολη υπόθεση ―όχι όμως και σε ατομική κλίμακα όπου απουσιάζουν πληροφορίες για τέτοια κοινά χαρακτηριστικά. Χρησιμοποιώντας ένα μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (AFM) ωστόσο, μια διεθνής ομάδα φυσικών ανέπτυξε μέθοδο ανίχνευσης των ατομικών «δακτυλικών αποτυπωμάτων», με τη βοήθεια της οποίας μπορεί να προσδιοριστεί η χημική ταυτότητα μεμονωμένων ατόμων που βρίσκονται σε μια επιφάνεια «αναμεμιγμένα» με τα υπόλοιπα άτομά της.
«Μέχρι σήμερα δεν υπήρχε καμία τεχνική η οποία να μας επιτρέπει τον προσδιορισμό της ταυτότητας κάθε μεμονωμένου ατόμου και την ταυτόχρονη παρατήρησή τους», δηλώνει ο Rubén Peréz, του Αυτόνομου Πανεπιστημίου στη Μαδρίτη. Χρησιμοποιώντας το AFM, ο Oscar Custance και οι συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο της Οσάκα, μαζί με τον Peréz και άλλους συναδέλφους τους, κατάφεραν να διακρίνουν άτομα κασσιτέρου, πυριτίου και μολύβδου, τα οποία μεταξύ τους παρουσιάζουν χημική ομοιότητα. Η εικόνα των ατόμων που προκύπτει μοιάζει με έναν κοκκώδη πίνακα, όπου οι «κόκκοι» ―τα μεμονωμένα άτομα― καθίστανται διακριτά όταν ψευδοχρωματίζονται.
Η ικανότητα ταυτοποίησης και χειρισμού των ατόμων ήρθε για πρώτη φορά στο προσκήνιο το 1989, όταν οι επιστήμονες της IBM σχημάτισαν το λογότυπο της εταιρείας τους με άτομα ξένου. Εκείνη την εποχή, οι φυσικοί στηρίχτηκαν στο σαρωτικό μικροσκόπιο σήραγγας (STM), το οποίο ανιχνεύει τα άτομα μέσω μικρής ροής ηλεκτρονίων μεταξύ της αιχμής της ακίδας του μικροσκοπίου και ενός ατόμου. Ωστόσο, το μικροσκόπιο STM μπορεί να ταυτοποιήσει άτομα μόνο ηλεκτρικώς αγώγιμων υλικών.
Αντίθετα, η τεχνική αναγνώρισης των «δακτυλικών αποτυπωμάτων» μέσω του μικροσκοπίου AFM λειτουργεί ίδια για έναν αγωγό και ένα μονωτή. Όπως ένας φωνογράφος, το μικροσκόπιο AFM χρησιμοποιεί μια υπέρλεπτη ακίδα που στηρίζεται σε εύκαμπτο προεξέχοντα βραχίονα. Καθώς η ακίδα σαρώνει την υπό εξέταση επιφάνεια, εκτελεί ανοδικές και καθοδικές κινήσεις καθώς συναντά τα άτομα της επιφάνειας. Η ταλάντωση αυτή οφείλεται στις ελκτικές ή απωστικές δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ των ατόμων πυριτίου της ακίδας και των ατόμων της επιφάνειας.
Η ομάδα των ισπανών και ιαπώνων ερευνητών έδειξε ότι η συχνότητα της ταλάντωσης εξαρτάται από τη χημική φύση των ατόμων. Με αυτό τον τρόπο έδωσε τη δυνατότητα στους ερευνητές να ταυτοποιήσουν διαφορετικά είδη ατόμων, ακόμη και αν αυτά υπάρχουν σε ίσες συγκεντρώσεις, «σαν να διακρίνουμε ένα δέντρο μέσα στο “θορυβώδες”, ασαφές τοπίο του δάσους», όπως χαρακτηριστικά αναφέρει ο Peréz.
Σε προηγούμενες εργασίες τους, ο Custance και η ομάδα του έδειξαν ότι μπορούσαν να αξιοποιήσουν το μικροσκόπιο AFM στο χειρισμό ατόμων κασσιτέρου που βρίσκονταν ισχυρά προσκολλημένα στην επιφάνεια γερμανίου, σχηματίζοντας τα γράμματα «Sn» (το χημικό σύμβολο του κασσιτέρου). Ο συνδυασμός τής παραπάνω μεθόδου με την ταυτοποίηση των «δακτυλικών αποτυπωμάτων» των ατόμων προσδίδει συναρπαστικές δυνατότητες στο μικροσκόπιο AFM ―οι ερευνητές ίσως μπορέσουν να «οπτικοποιήσουν αντιδράσεις με ανάλυση στο μέγεθος ατόμου», σημειώνει ο Custance. Και προσθέτει ότι, καθώς η μικροηλεκτρονική συρρικνώνεται στην επικράτεια της νανομετρικής κλίμακας ―2.000 από τα σημερινά τρανζίστορ χωρούν σε απόσταση ίση με το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας―, «θα μπορούμε να ενισχύουμε την απόδοση των συσκευών, διατάσσοντας απλώς λίγα άτομα σε προκαθορισμένα μορφώματα».
|
|
|
|
|
|
