- تاریخ ثبت‌نام
- 8/12/24
- نوشته‌ها
- 1,533
- موضوع نویسنده
- #1
تمام مواد معمولی در کیهان از عناصر کوچکی تشکیل شده‌اند که بسیار کوچک‌تر از آن هستند که با چشم غیرمسلح دیده شوند.
اما ما انسان‌ها نمی‌خواهیم اجازه دهیم محدودیت‌های فیزیکی چشم‌هایمان ما را از نگاه کردن به چیزهایی که می‌خواهیم ببینیم باز دارد، اینطور نیست؟ عکسی که در بالا می‌بینید در سال 2021 توسط تیمی به سرپرستی فیزیکدان “ژن چن” ثبت شده است که قبلاً در دانشگاه کرنل بود و اکنون در آکادمی علوم چین کار می‌کند. نقاطی که در عکس می‌بینید اتم‌های شبکه بلوری یک قطعه ارتوسکاندات پرازئودیمیم (PrScO3) با بزرگنمایی 100 میلیون هستند.
تنها دلیل تار بودن تصویر در لبه‌ها این نیست که وضوح ضعیف است، بلکه به این دلیل است که اتم‌ها از تکان خوردن دست نمی‌کشند، این حرکت منجر به تاری حرارتی می‌شود. با این حال، فرقی نمی‌کند که فناوری تا چه حد خوب باشد، این وضوح تصویر رکوردشکن هرگز شکسته نخواهد شد. علت این است که محدودیتی برای وضوح تصویر در این مقیاس‌های اتمی وجود دارد و تقریباً همین است.
“دیوید مولر” فیزیکدان از دانشگاه کرنل، زمانی که نتایج تیمش در مجله Science منتشر شد، گفت: «این فقط یک رکورد جدید ایجاد نمی‌کند. این رکورد به جایی رسیده که عملاً یک حد نهایی برای قدرت تفکیک خواهد بود. ما اکنون می‌توانیم به روشی بسیار آسان بفهمیم که اتم‌ها کجا هستند. این وضوح تصویر امکانات اندازه‌گیری جدیدی را در مورد چیزهایی که برای مدت‌های طولانی می‌خواستیم فراهم می‌کند.»
این دستاورد حاصل اوج فناوری تصویربرداری اتمی است، «تکنیکی به نام تیکوگرافی-Ptychography ». تیکوگرافی در واقع یک تکنیک تصویربرداری مستقیم نیست، بلکه نوعی تداخل‌سنجی است که یک تصویر را از الگوهای تداخل تولید می‌کند. الکترون‌ها در نمونه‌ای از “پرازئودیمیم ارتوسکاندات” شلیک شدند. هنگامی که این الکترون‌ها به اتم‌های موجود در ماده برخورد کردند، به بیرون برگشتند.
با اندازه‌گیری الگوهای جهشی یا پراکندگی این الکترون‌ها در حین حرکت پرتو، سیستم تصویربرداری می‌تواند تصویری از آنچه الکترون‌ها از آن جهش می‌کنند، تولید کند.
اکنون، از آنجا که پرازئودیمیم ارتوسکاندات یک ترکیب است، آنچه در زیر می‌بینید سه نوع اتم مختلف را نشان می‌دهد. جفت حباب‌های درخشان که به هم متصل شده‌اند “پرازئودیمیوم” هستند. تک حباب‌های روشن “اسکاندیم” هستند. و حباب‌های قرمز کم رنگ “اکسیژن” هستند. همه‌ی این اتم‌ها به یکدیگر متصل شده‌اند تا کریستال خالص و کاملی را که چن و همکارانش تصویربرداری کرده‌اند، تشکیل دهند.
پیشرفت در تصویربرداری اتمی پیامدها و کاربردهایی برای فیزیک و مهندسی دارد و به ما توانایی فوق‌العاده‌ای برای مطالعه‌ی ساختارهای اتمی در وضوح بالا و سه بُعدی می‌دهد. ما می‌توانیم از این تکنولوژی برای همه چیز استفاده کنیم، از علم مواد گرفته تا ارتباطات کوانتومی.
“مولر” گفت: «ما می‌خواهیم این تکنیک را در هر کاری که انجام می‌دهیم، اعمال کنیم. تا به حال، همه‌ی ما عینک‌های بسیار بدی می‌زدیم. و حالا واقعاً یک جفت عینک خیلی خوب داریم. چرا نمی‌خواهید عینک‌های قدیمی را بردارید، عینک‌های جدید را بزنید و همیشه از آنها استفاده کنید؟» اگر انسان‌ها تمرکز خود را روی کاری بگذارند، آن کار واقعاً می‌تواند باور نکردنی باشد. جزئیات بیشتر این پژوهش در مجله Science منتشر شده است.
اما ما انسان‌ها نمی‌خواهیم اجازه دهیم محدودیت‌های فیزیکی چشم‌هایمان ما را از نگاه کردن به چیزهایی که می‌خواهیم ببینیم باز دارد، اینطور نیست؟ عکسی که در بالا می‌بینید در سال 2021 توسط تیمی به سرپرستی فیزیکدان “ژن چن” ثبت شده است که قبلاً در دانشگاه کرنل بود و اکنون در آکادمی علوم چین کار می‌کند. نقاطی که در عکس می‌بینید اتم‌های شبکه بلوری یک قطعه ارتوسکاندات پرازئودیمیم (PrScO3) با بزرگنمایی 100 میلیون هستند.
تنها دلیل تار بودن تصویر در لبه‌ها این نیست که وضوح ضعیف است، بلکه به این دلیل است که اتم‌ها از تکان خوردن دست نمی‌کشند، این حرکت منجر به تاری حرارتی می‌شود. با این حال، فرقی نمی‌کند که فناوری تا چه حد خوب باشد، این وضوح تصویر رکوردشکن هرگز شکسته نخواهد شد. علت این است که محدودیتی برای وضوح تصویر در این مقیاس‌های اتمی وجود دارد و تقریباً همین است.
“دیوید مولر” فیزیکدان از دانشگاه کرنل، زمانی که نتایج تیمش در مجله Science منتشر شد، گفت: «این فقط یک رکورد جدید ایجاد نمی‌کند. این رکورد به جایی رسیده که عملاً یک حد نهایی برای قدرت تفکیک خواهد بود. ما اکنون می‌توانیم به روشی بسیار آسان بفهمیم که اتم‌ها کجا هستند. این وضوح تصویر امکانات اندازه‌گیری جدیدی را در مورد چیزهایی که برای مدت‌های طولانی می‌خواستیم فراهم می‌کند.»
این دستاورد حاصل اوج فناوری تصویربرداری اتمی است، «تکنیکی به نام تیکوگرافی-Ptychography ». تیکوگرافی در واقع یک تکنیک تصویربرداری مستقیم نیست، بلکه نوعی تداخل‌سنجی است که یک تصویر را از الگوهای تداخل تولید می‌کند. الکترون‌ها در نمونه‌ای از “پرازئودیمیم ارتوسکاندات” شلیک شدند. هنگامی که این الکترون‌ها به اتم‌های موجود در ماده برخورد کردند، به بیرون برگشتند.
با اندازه‌گیری الگوهای جهشی یا پراکندگی این الکترون‌ها در حین حرکت پرتو، سیستم تصویربرداری می‌تواند تصویری از آنچه الکترون‌ها از آن جهش می‌کنند، تولید کند.
اکنون، از آنجا که پرازئودیمیم ارتوسکاندات یک ترکیب است، آنچه در زیر می‌بینید سه نوع اتم مختلف را نشان می‌دهد. جفت حباب‌های درخشان که به هم متصل شده‌اند “پرازئودیمیوم” هستند. تک حباب‌های روشن “اسکاندیم” هستند. و حباب‌های قرمز کم رنگ “اکسیژن” هستند. همه‌ی این اتم‌ها به یکدیگر متصل شده‌اند تا کریستال خالص و کاملی را که چن و همکارانش تصویربرداری کرده‌اند، تشکیل دهند.
پیشرفت در تصویربرداری اتمی پیامدها و کاربردهایی برای فیزیک و مهندسی دارد و به ما توانایی فوق‌العاده‌ای برای مطالعه‌ی ساختارهای اتمی در وضوح بالا و سه بُعدی می‌دهد. ما می‌توانیم از این تکنولوژی برای همه چیز استفاده کنیم، از علم مواد گرفته تا ارتباطات کوانتومی.
“مولر” گفت: «ما می‌خواهیم این تکنیک را در هر کاری که انجام می‌دهیم، اعمال کنیم. تا به حال، همه‌ی ما عینک‌های بسیار بدی می‌زدیم. و حالا واقعاً یک جفت عینک خیلی خوب داریم. چرا نمی‌خواهید عینک‌های قدیمی را بردارید، عینک‌های جدید را بزنید و همیشه از آنها استفاده کنید؟» اگر انسان‌ها تمرکز خود را روی کاری بگذارند، آن کار واقعاً می‌تواند باور نکردنی باشد. جزئیات بیشتر این پژوهش در مجله Science منتشر شده است.
