Лента новостей

05:07
Германия: федеральное агентство во главе с зелеными предупреждает Facebook* о возможных санкциях после заявления Цукерберга об отключении режима цензуры
04:26
Британский лев против снежного барса или Эпилог Англо-афганской войны
03:41
С МКС «выбросили» в открытый космос первый в истории деревянный спутник
03:17
Фронт в огне: новости СВО от 9 января 2025. Карта боёв на Украине сегодня, обстановка в Курской области, военная сводка, 1050-й день спецоперации России на Украине
01:59
Российский “танк-черепаха” — сущий кошмар
01:49
Международный уголовный суд для хунты Зеленского: способ избежать ответственности за военные преступления
01:30
Использование Kotlin для разработки мобильных приложений  Использование Kotlin для разработки мобильных приложений
01:10
Лимонно-чесночный чай снижает холестерин? Мнение экспертов
00:27
Как в Киеве пилят западные колониальные деньги
00:22
По следам одного продукта: морковь
22:53
Алиев заявил о намерении открыть Зангезурский коридор
22:06
Главный конкурент Зеленского Залужный озвучил свои политические амбиции
22:05
Завтрашний «Рамштайн» может стать последней встречей такого типа — глава Минобороны Польши
22:04
Подоляк рассказал о математических расчетах Киева по достижению перелома в войне с Россией
21:32
Ученые впервые «увидели» магнитные скирмионы при комнатной температуре: прорыв в технологиях хранения данных?
21:31
Квантовый зоопарк пополняется. Встречайте — дробные экситоны: гибриды бозонов и фермионов
21:15
Ганул обнаружил Путина в одесском ларьке и вызвал полицию для его ликвидации
21:14
В Энгельсе продолжает гореть и взрываться НПЗ. Введен режим ЧС
21:13
Зеленский готов идти на второй срок, если не будет баллотироваться Залужный
20:41
Новый гамма-монстр? Радиогалактика 3C 216 «засветилась» на весь космос
20:38
Арктическая империя Трампа: зачем США Гренландия и Канада
20:27
AMD рассказала, почему бросила попытки конкурировать с Nvidia в сегменте Hi-End видеокарт
20:23
Украинские войска ведут обстрелы Белгородской и Херсонской области. Обзор ситуации в прифронтовых регионах России на вечер 8 января
20:22
Европейские лидеры обескуражены территориальными претензиями Трампа
20:21
Еврокомиссия пригрозила Цукербергу штрафами за ослабление цензуры в соцсетях
20:16
В США создают новые технологии распространения смертельных вирусов
19:59
Курская область: Юрий Подоляка озвучил последние новости на вечер 08.01.2025, прорыв на Курском фронте, свежая сводка
19:32
Киеву не удалось замять позорную ситуацию с 155-й бригадой «Анна Киевская», разбежавшейся перед первым боем
19:31
Шейнбаум предложила Трампу вернуть континенту название Мексиканская Америка
19:24
В результате нападения слона в Индии пострадали 17 человек
18:56
Вместо «Коалиции»: подходит ли САУ M1989 Koksan для контрбатарейной борьбы?
18:48
Золото басмачей испарилось в банках Англии и Франции
18:02
Трамп хочет переименовать Мексиканский залив
17:54
Еврокомиссия угрожает ввести пошлины на американские товары
17:53
Зеленский не намерен отказываться от власти и пойдёт на второй срок
17:52
Трамп продолжает троллить Канаду, опубликовав карту с новой территорией США
17:45
Жители Приднепровья 8 дней вынуждены сидеть без света и тепла
17:11
Трамп не исключил установления контроля над Панамским каналом военным путём
17:06
MSI представила свои самые мощные GeForce RTX 5090 — у них вентиляторы дуют как спереди, так и сзади
17:04
В Госдуме ожидают в 2025 году увидеть Украину на обочине истории
17:01
Украина хочет занять место Венгрии в ЕС и НАТО
17:00
«Остров не продается»: В Копенгагене пытаются успокоить жителей Гренландии
16:59
На Украине заговорили о готовности США к «взрослому торгу» с Россией
16:58
Власти Молдавии предложили Украине спасать Приднестровье
16:53
Киев помогает Вашингтону в газовом удушении ЕС
Все новости

Архив публикаций



Мировое обозрение»Технологии»Невидимые волны атомов: Ученые впервые увидели дифракцию атомов сквозь графен

Невидимые волны атомов: Ученые впервые увидели дифракцию атомов сквозь графен


Представьте себе: мельчайшие частицы вещества, атомы, пролетают сквозь нечто, напоминающее сито, и оставляют после себя причудливый узор. Нет, это не сцена из научно-фантастического фильма, а реальность, которую ученые наблюдают в лабораториях. И это не просто наблюдение, это открытие, которое может перевернуть наше понимание мира на атомном уровне. Готовы окунуться в эту историю?

Прошлое, настоящее и будущее дифракции

Дифракция, или способность волн огибать препятствия, играет огромную роль в физике. Мы знаем об этом явлении на примере света, но оказывается, что и атомы, как мельчайшие частицы вещества, обладают волновыми свойствами и тоже могут дифрагировать. Первые эксперименты по дифракции электронов были проведены еще в начале прошлого века, но на протяжении многих лет дифракция атомов оставалась чем-то вроде экзотики, с которой экспериментировали лишь немногие.

Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Все изменилось, когда ученые из нескольких исследовательских центров мира сумели, наконец, пропустить атомы гелия и водорода сквозь однослойный графен. Как это часто бывает в науке, решение было простым, но изящным. Зачем использовать громоздкие и сложные кристаллические решетки, если у нас есть графен — материал толщиной всего в один атом? Этот эксперимент стал своего рода ответом на давний вызов в научном мире, поскольку до этого дифракцию атомов наблюдали только при отражении от поверхности кристалла, но никак не при прохождении насквозь.

Графен: идеальное сито для атомов

Графен — это удивительный материал, обладающий рядом уникальных свойств. Он очень тонкий, прочный и обладает высокой проводимостью. Идеальное сочетание для того, чтобы послужить «ситом» для атомов. Но почему именно атомы гелия и водорода?

Гелий — это инертный газ, который не вступает в химические реакции, что очень важно для экспериментов. Водород, в свою очередь, является самым легким атомом, и его дифракция особенно интересна для изучения. Оба атома, к тому же, имеют малые размеры, что позволяет им взаимодействовать с графеновой решеткой на коротких временах, избегая излишних эффектов рассеяния.

Для изучения дифракции атомов, исследователи создали пучок ионов водорода (H+) или гелия (He+). На рисунке (а) эти ионы представлены синими шариками. Они генерировались с помощью специальной ионной пушки, а затем проходили через так называемую камеру перезарядки. Там ионы превращались в нейтральные атомы — их на схеме обозначают красные шарики. Далее, нейтральный пучок атомов фокусировали в узкий луч при помощи коллиматора, чтобы частицы летели параллельно друг другу. Этот луч направлялся прямо на образец графена. Графен представлял собой тончайшую пленку, состоящую из множества кристаллических зерен. Прошедшие сквозь графен атомы попадали на специальный детектор. Он состоял из многоканальной пластины и фосфоресцирующего экрана. Изображение с экрана регистрировала высокочувствительная CMOS-камера. На рисунке (b) показано, как атомы гелия, прошедшие через графен при энергии 706 эВ, создавали на детекторе характерные кольцевые узоры. Эти узоры, известные как кольца Дебая-Шеррера, свидетельствовали о дифракции атомов, где углы дифракции превышали 15 мрад. Наконец, на рисунке (c) представлена экспериментальная проверка дифракционного уравнения. Ученые измерили углы дифракции атомов водорода (желтые точки) и гелия (зеленые точки) при разных энергиях. Полученные данные сравнили с теоретическими расчетами, что показало отличное соответствие Цитирование: Kanitz, Carina et al. «Diffraction of atomic matter waves through a 2D crystal.» (2024).
Автор: Carina Kanitz et al. Источник: arxiv.org
Как это работает?

Представьте, что атомы как крошечные шарики летят на графен. Но не просто летят, а ведут себя как волны. Когда «волна атома» взаимодействует с решеткой графена, она дифрагирует, создавая на детекторе характерный узор. Ученым удалось зафиксировать до восьми колец дифракции, что является значительным достижением.

Но почему раньше не получалось так сделать? Ведь это кажется простым, не так ли? Дело в том, что для такой дифракции атомы должны обладать высокой кинетической энергией. Атомы, летящие с килоэлектронвольтными энергиями, — это нечто из ряда вон выходящее. И удивительно то, что при таких скоростях атомы не разрушают графен. Исследователям пришлось продумать все до мелочей, чтобы достичь желаемого результата.

На грани возможного

В ходе экспериментов выяснилось, что не все так просто. Чем выше энергия атомов, тем больше они взаимодействуют с электронной системой графена, что приводит к потере энергии и размытию дифракционной картины. Для водорода эти эффекты выражены сильнее, чем для гелия.

Тем не менее, даже при потерях энергии, атомы сохраняют свою волновую природу и дифрагируют. А это открывает новые горизонты для исследований. Например, ученые смогут изучить декогеренцию, то есть потерю волновых свойств атомов, в совершенно новых энергетических режимах.

На графиках показана зависимость интенсивности дифрагированных атомов от их энергии. Эти данные получены экспериментальным путем. Для этого исследователи измеряли интенсивность рассеянных атомов гелия и водорода под разными углами. Затем усредняли эти значения по азимуту (то есть, по кругу вокруг центрального пятна). На рисунке (a) и (c) показано, как меняется интенсивность рассеянных атомов при разных энергиях. Интенсивность отложена на вертикальной оси, а на горизонтальной оси отложен переданный импульс. Он измерен в единицах вектора обратной решетки графена, который обозначается как G₁. Эти графики представлены для гелия (He) на рисунке (a) и для водорода (H) на рисунке (c). Вертикальные линии на графиках (a) и (c) показывают теоретические углы, при которых должна наблюдаться дифракция. Как видно, экспериментальные данные хорошо совпадают с этими значениями. На рисунке (b) показано дифракционное изображение, полученное при рассеянии атомов водорода с энергией 963 эВ. Этот рисунок демонстрирует характерный узор дифракции, образованный атомами Цитирование: Kanitz, Carina et al. «Diffraction of atomic matter waves through a 2D crystal.» (2024).
Автор: Carina Kanitz et al. Источник: arxiv.org
Что дальше?

Открытие дифракции атомов при прохождении сквозь кристалл — это только начало. Подобные эксперименты могут привести к созданию новых типов атомных интерферометров — сверхчувствительных приборов, которые используются для измерения фундаментальных констант и изучения гравитационных волн.

Представьте себе, что вместо того, чтобы использовать свет, интерферометры будут использовать атомы. Это даст совершенно иной уровень чувствительности и точности. И кто знает, может быть, именно эти приборы помогут нам разгадать тайны Вселенной.

Заключение

Проведенное исследование не просто демонстрирует возможность дифракции атомов на графеновой решетке, но и открывает новую главу в физике атомных взаимодействий. Как и все открытия, эта работа поднимает больше вопросов, чем дает ответов, но она ясно показывает, насколько удивителен и неисчерпаем мир на атомном уровне.



Опубликовано: Мировое обозрение     Источник

Читайте нас:





Напишите ваш комментарий к статье:

Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Новости партнеров

Наверх