Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
На протяжении веков природа света — горячо обсуждаемая тема среди учёных. Вплоть до начала XX века они задавались вопросом, говоря о свете, следует ли рассматривать его как частицы или волны. Лишь немногим более ста лет назад появилось решение этой дилеммы, когда было окончательно установлено, что свет обладает свойствами как частиц, так и волн.
Вскоре после этого понятие было распространено со света на всю материю, которая, по мнению Луи де Бройля, также имеет волновые характеристики. И эта прорывная идея получила экспериментальное подтверждение.
Учёные доказали, что электроны способны дифрагировать, т. е. подобно световым волнам, они изгибаются при прохождении через очень узкие отверстия. Это удивительное открытие оказалось поистине революционным и привело, среди прочего, к созданию таких устройств, как электронный микроскоп.
В случае атомов и молекул продемонстрировать явление корпускулярно-волнового дуализма оказалось гораздо сложнее. Всё потому, что атомы намного тяжелее электронов — самый лёгкий атом почти в две тысячи раз массивнее электрона — и дифрагировать гораздо труднее.
Да, с течением времени учёным удалось добиться дифракции в результате отражения атомов от специально подготовленной поверхности, но добиться дифракции в результате прохождения через кристалл так никому не удавалось.
Трудности в этом случае были связаны главным образом с чрезвычайно сложной природой кристаллов. Они состоят из атомов, расположенных в регулярном, повторяющемся порядке. Однако для того, чтобы атом дифрагировал, промежутки между элементами «кристаллической решётки» кристалла должны быть сравнимы по размеру с длиной волны атома.
Создание таких тонких структур долгое время было за пределами наших технологических возможностей.
Пропустить атомы через кристалл толщиной c атом
Ситуация изменилась сравнительно недавно благодаря созданию уникального материала — графен.
По определению, графен — это слой модифицированного углерода толщиной всего в один атом. Лист графена такой толщины, по мнению исследователей, является идеальным материалом для экспериментов, направленных на дифракцию атомов.
В рамках новых экспериментов физики из исследовательских центров разных стран направили к такому листу графена отдельные атомы водорода и гелия, самые лёгкие из доступных атомов. Конечно, существовала вероятность, что атомы, движущиеся с высокой скоростью, могли повредить лист графена, ударившись о него. Однако этого не произошло.
Вместо этого, благодаря особенностям квантовой механики, атомы дифрагировали, проходя через структуру графенового листа, не повреждая её. И после ста лет было экспериментально подтверждено, что даже атомы способны проявлять волновое поведение в кристаллах при соответствующих условиях.
С одной стороны, это достижение, подтверждающее наши предположения о природе материи, с другой — вклад в новые технологические направления. Если дифракция электронов привела к созданию электронных микроскопов, то атомная дифракция материи может привести к созданию новых методов манипулирования веществом на атомном уровне.