Фотография электрона


Фотография орбитальной структуры атома

На данной фотографии вы см.


3;новую функцию атома!

Для получения фотографии орбитальной структуры атома водорода, исследователи использовали новейший квантовой микроскоп — невероятное устройство, которое позволяет ученым заглянуть в область квантовой физики.


Орбитальная структура пространства в атоме занята электроном. Но при описании этих микроскопических свойств материи, ученые полагаются на волновые функции — математи.


;я в пространстве и во времени.

Как правило, в квантовой физике используют формулы типа уравнения Шредингера для описания состояний частиц.

Препятствия на пути исследователей


До сегодняшнего момента, ученые фактически никогда не наблюдали волновую функцию. Попытка уловить точное положение или импульс одинокого электрона было сродни попытке поймать рой мух. Прямые наблюдения искажались весьма неприятным явлением — квантовой когерентностью.


Чтобы измерить все квантовые состояния нужен инструмент, который может проводить множество измерений состояний частицы с течением времени.

Но как увеличить и так микроскоп.


#1090;елей. С помощью квантового микроскопа — устройства, которое использует фотоионизацию для прямых наблюдений атомных структур.

В своей статье в популярном жур .


ет, как она и ее команда получили структуры узловых электронных орбиталей атома водорода помещенных в статическом электрическом поле.

Траектория движения электронов


Методика работы

После облучения лазерными импульсами, ионизированные электроны покидали свои орбиты и по измеренной траектории попадали в 2D детектор (двойная микроканальная пластина [MCP].


1044;етектор расположен перпендикулярно к самому полю). Существует множество траекторий, по которым могут перемещаться электронов до столкновения с детектором. Это обеспечивает исследователей набором интерференционных картин, — .

;льзовали электростатическую линзу, которая увеличивает исходящую волну электронов более чем в 20000 раз.

Примеры четырех состояний атома водорода

Забегая вперед, скажем что ученые планируют использовать ту же технологию, чтобы посмотреть, как ведут себя атомы в магнитном поле.

Источник: SpaceGid.com

«Один атом в ловушке». Конкурсная работа Дэвида Надлингера из Оксфордского университета. На фотографии оригинального размера можно рассмотреть светлую точку посреди ловушки. Это атом стронция, повторно излучающий фотоны при подсветке лазером. Фото: David Nadlinger/University of Oxford/EPSRC Photography Competition 2017

Фотография положительно заряженного атома стронция в ловушке из неподвижных электрических полей победила на пятом ежегодном конкурсе научной фотографии, организованном Научно-исследовательским советом инженерных и физических наук Великобритании (EPSRC).

Прелесть этой фотографии в том, что один атом сфотографирован обычной цифровой камерой. При подсветке сине-фиолетовым лазером атом поглощает и повторно излучает фотоны света достаточно быстро, чтобы обычная камера сумела зафиксировать это на длинной выдержке. Электрические поля ловушки генерируются металлическими электродами. Расстояние между ними на фотографии — два миллиметра.

Охлаждённые лазером атомные ионы представляют собой идеальную платформу для изучения уникальных свойств квантовой физики. Они также служат чрезвычайно точными атомными часами и сенсорами. Возможно, в будущем их будут использовать в квантовых компьютерах, которые на порядок превосходят производительность современных суперкомпьютеров в определённых типах задач.

Снимок сделан через окно камеры сверхвысокого вакуума, в которой находится ионная ловушка. Автор фотографии — Дэвид Надлингер (David Nadlinger) из Оксфордского университета.

«Меня поразила идея, что атом виден невооружённым глазом, — говорит учёный и автор фотографии. — Это представляет собой чудесную прямую и интуитивную взаимосвязь между миниатюрным квантовым миром и нашей макроскопической реальностью. Быстрый расчёт на салфетке показал, что цифры на моей стороне, и в один спокойный воскресный день я отправился в лабораторию с камерой и треногами — и был вознагражден этой конкретной фотографией с маленькой бледно-голубой точкой».

Фотография электрона

Конкурс проводился в пяти категориях, в каждой из которых определялись трое призёров. Работа Дэвида Надлингера взяла главный приз и 1-е место в категории «Оборудование и аппаратура». Ниже перечислены победители в остальных категориях.

Фотография электрона
Фото: Li Shen/Imperial College London/EPSRC Photography Competition 2017

Фотография узора, который образуется на мыльной пене в кухонной раковине. Две разноцветные части изображения демонстрируют физический феномен образования и поведения пузырьков в субстратах вроде моющих жидкостей и газированных напитков. На снимке видно, как начинается процесс лопания пузырька, когда две части пены начинают проникать друг в друга. Фотография называется «На кухне далеко-далеко» (In a Kitchen Far, Far Away), что напоминает первую фразу в подводке к космической опере «Звездные войны». Автор — Ли Шен (Li Shen) из Имперского колледжа Лондона

Фото: Estelle Beguin/University of Oxford/EPSRC Photography Competition 2017

«Микропузырёк для доставки лекарства» — работа Эстель Бегуин (Estelle Beguin) из Оксфордского университета, которая победила в категории «Инновации». Такие микропузырьки состоят из газа и биосовместимой оболочки. Они используются для усиления контраста ультразвуковых диагностических изображений. Сейчас изучается возможность их применения в терапевтических целях и для точной доставки лекарств в определённые участки тела человека, например, к раковым опухолям. На изображении с микроскопа показан пузырёк микронных размеров, покрытый липосомами, содержащими препарат. Липосомы имеют нанометровые размеры. Отрезок масштабной шкалы на фотографии равен 2 мкм, то есть диаметр всего пузырька — примерно 5 мкм. Система доставки лекарств включает в себя контролируемую транспортировку и выпуск лекарства в конкретном месте.

Фото: Mr Richard Coyne/University of Edinburgh/EPSRC Photography Competition 2017

Фотография под названием «Человек-паук на мосту Георга Четвёртого» сделана учёными из Эдинбургского университета во время испытания мобильного электроэнцефалографа (ЭЭГ). Доброволец по кличке Человек-паук — один из 95 участников эксперимента в возрасте старше 65 лет, на которых изучали реакцию мозга на различные типы городской среды: от автомобильных дорог до тихих парков. По результатам эксперимента учёные выяснили, что разная городская среда вызывает разный эмоциональный отклик у человека. Это можно использовать в урбанистике для более продуманного городского планирования.

Фото: Bernice Akpinar/Imperial College London/EPSRC Photography Competition 2017

«Природная наноразмерная сеть для захвата цвета» — работа Бернис Акпинар (Bernice Akpinar) из Имперского колледжа Лондона. На фотографии под атомным силовым микроскопом снят фрагмент крыльев бабочки. Они покрыты нанометровой структурой для отражения солнечного цвета на разных длинах волны. Из-за этого эффекта в видимом диапазоне кажется, что крылья бабочки переливаются разными цветами.

Фотографии остальных призёров можно посмотреть здесь.

Источник: habr.com

Ученые впервые увидели атом "вживую"

Физикам из США удалось запечатлеть на фото отдельные атомы с рекордным разрешением, передает Day.Az со ссылкой на Vesti.ru

Ученым из Корнеллского университета в США удалось запечатлеть на фото отдельные атомы с рекордным разрешением — меньше половины ангстрема (0,39 Å). Предыдущие фотографии обладали вдвое низким разрешением — 0,98 Å.

Мощные электронные микроскопы, способные увидеть атомы, существуют уже полвека, однако их разрешающая способность ограничена длинной волны видимого света, которая больше диаметра атома средней величины.

Поэтому ученые используют некий аналог линз, фокусирующих и увеличивающих изображение в электронных микроскопах — им выступает магнитное поле. Однако колебания магнитного поля искажают полученный результат. Чтобы убрать искажения, используют дополнительные устройства, которые корректируют магнитное поле, но вместе с тем увеличивают сложность конструкции электронного микроскопа.

Ранее физики из Корнеллского университета разработали устройство Electron Microscope Pixel Array Detector (EMPAD), заменяющее сложную систему генераторов, фокусирующих входящие электроны одной небольшой матрицей с разрешением 128х128 пикселей, чувствительных к отдельным электронам. Каждый пиксель регистрирует угол отражения электрона; зная его, ученые при помощи техники птайкографии реконструируют характеристики электронов, включая координаты точки, откуда он был выпущен.

c245f261d4f8faf50f49e1faaff94627_ce_713x380x0x77_cropped_800x427_01

David A. Muller et al. Nature, 2018.

Летом 2018 года физики решили улучшить качество получаемых снимков до рекордного до сегодняшнего дня разрешения. Ученые закрепили на подвижной балке лист 2D материала — сульфида молибдена MoS2, и выпустили пучки электронов, поворачивая балку под разными углами к источнику электронов. С помощью EMPAD и птайкографии ученые определили расстояния между отдельными атомами молибдена и получили изображение с рекордным разрешением — 0,39 Å.

"Практически мы создали самую маленькую в мире линейку", — объясняет Сол Грюнер (Sol Gruner), один из авторов эксперимента. На полученном снимке удалось разглядеть атомы серы с рекордным разрешением 0,39 Å. Причем удалось даже разглядеть место, где одного такого атома не хватает (указано стрелочкой).

518ba5353378728568fad944d8a15c04

Источник: news.day.az


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.