Úterý 20. dubna 2021, svátek má Marcela
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Úterý 20. dubna 2021 Marcela

Světový objev s českou účastí ukazuje atomy v barvě

  9:29
Vidět jednotlivé atomy vědci umějí už pětadvacet let. Rozeznat jeden od druhého teprve několik týdnů. Zasloužil se o to mezinárodní tým sedmi fyziků, v němž figuruje i čtyřiatřicetiletý teoretik Pavel Jelínek z Fyzikálního ústavu Akademie věd.

Titulní stránka časopisu Nature - Hlavní téma čísla, titulní strana čísla, přizpůsobený obsah – vše se týká objevu světového významu Foto popis| Pavel Jelínek z Fyzikálního ústavu Akademie věd, spoluautor článku v Nature. | foto: Nature

Renomovaný časopis Nature jejich společnou práci otiskl 1. března jako hlavní článek čísla.

Tunel k atomům

V roce 1986 bral Nobelovu cenu za fyziku vynález takzvaného řádkovacího tunelovacího mikroskopu (STM, Scanning Tunneling Microscope). Po pravdě řečeno, s klasickým světelným mikroskopem, známým už čtyři staletí, nemá tenhle složitý přístroj pranic společného. Místo koukání totiž měří a počítá, a to nikoli na tisíciny metru (tak „velké“ jsou kupříkladu bakterie), ale odhaluje objekty až desetmilionkrát menší (desetiny nanometru – tak „malé“ jsou kupříkladu atomy).

Jak to dělá? Těsně nad povrchem vzorku přejíždí nabitý, nesmírně jemný hrot zakončený jediným atomem. Mezi hrotem a povrchem tunelovým jevem přeskakují elektrony, tudíž prochází nepatrňoučký elektrický proud, takzvaný tunelovací. Ten poněkud kolísá podle toho, nad čím se hrot právě nachází – přímo nad atomem je větší, nad mezerou mezi atomy menší. A právě ze změn proudu se dá složitou procedurou vypočítat rozmístění atomů na povrchu vzorku.

Černobílé povrchy

Mikroskop STM má však jednu nevýhodu: jelikož stojí a padá s elektrickým proudem, funguje pouze na vodivých materiálech. Proto fyzikové takřka okamžitě začali přemýšlet, jak vidět i atomy na površích nevodičů. Samozřejmě na to přišli. Místo nabitého hrotu nechali těsně nad sledovaným povrchem pojíždět elektricky neutrální raménko, které velmi rychle kmitá.

Proti kmitání působí síla chemické vazby, která se chce utvořit mezi konečným atomem raménka a atomem povrchu, nad kterým se raménko zrovna nachází. Síla se projevuje změnou frekvence kmitání. Dál je to podobné jako u STM – největší síla je přímo nad atomem, nejmenší nad mezerou. Přístroj, který zobrazuje atomy podle rozložení jejich vazebné síly, se jmenuje mikroskop atomových sil (AFM, Atomic Force Microscope).

Oba způsoby, STM i AFM, tedy umějí o každém místě zkoumaného povrchu říct buď „atom tam je“, nebo „atom tam není“. Nedokážou však rozeznat, jakému chemickému elementu ony atomy patří.

Prvky v barvách

Na vědeckém kongresu v německém Bad Essenu v létě 2005 představila experimentální skupina japonského profesora Mority jedinečnou metodu měření vazebných sil takovou přesností, že by už v podstatě umožňovala rozlišit atomy různých prvků.

To je docela výkon – museli totiž tuto sílu vypreparovat ze směsi s několika jinými. Chyběla maličkost: umět naměřená data náležitě interpretovat. A to je práce pro teoretiky. Japonci s nejlepším přístrojem si vybrali i nejlepší spolupracovníky. Těmi tehdy byli dva Španělé z madridské univerzity a jeden Čech z Fyzikálního ústavu Akademie věd (arci školený v Madridu). Ti společně vypracovali fyzikálně matematickou metodu, která zatím jako jediná na světě umožňuje jednotlivé atomy nejen vidět, nýbrž určit je jako konkrétní chemické prvky. Z černobílého obrazu se tak stává barevný.

Modifikaci přístroje typu AFM, který dokáže „malovat v barvách“, tvůrci nazvali DFM (Dynamic Force Microscope).

Atomové pisátko

Společným výsledkem všech sedmi badatelů jsou zatím tři publikace, z nichž poslední právě vyšla v nejvlivnějším nespecializovaném vědeckém časopise – v Nature. Redakce práci zařadila jako hlavní, přizpůsobila jí skladbu celého čísla a autorům nabídla obálku pro obrázek.

To dokládá bezesporu velký úspěch. Ale k čemu by to jednou mohlo být užitečné? Odpovídá spoluautor publikace Pavel Jelínek: „Prvním směrem využití je atomární analýza při výzkumu reakcí na površích, už se takhle kupříkladu začíná studovat ukládání vodíku jako paliva pro automobilový průmysl. Jednou ale uvidíme i reakce na povrchu buněk nebo makromolekul. V elektronice si zase dovedu představit kontrolu, či dokonce výrobu a ladění mikroprocesorů o rozměrech nanometrů.“ Druhým hlavním směrem využití přístroje bude manipulace s jednotlivými atomy.

Doktor Jelínek objasňuje: „Pokud hrot nebo raménko umístíme ve vhodné výšce, potom atom pod ním se přichytí na hrot a jinde se zase pustí. Tak lze vytvářet třeba mikroelektronické prvky ještě mnohem menší, než bylo dosud možné. V podstatě tedy hrot používáme jako tužku, přemisťované atomy jako inkoust.“

Autoři:

Fagradalsfjall online

Sledujte živě aktivní sopku na Islandu. Erupce začala po týdnech otřesů 19. března a zláště pak v noci nabízí fascinující podívanou.

  • Nejčtenější

Už se nemusíte bát pomalého zapínání nebo restartování PC

Jedním z nejvíce frustrujících problémů počítačů s operačním systémem Windows se může stát jeho pomalé spouštění. Od...

Bitevníkem načerno. Nenápadný vojenský dříč dostal zuby přes odpor letců

OV-1 Mohawk se stal během své kariéry platformou pro sofistikované průzkumné systémy, ale osvědčil se i v jiných...

Poslední bojový letoun armády USA byl něco mezi sporťákem a stíhačkou

Firma Grumman je známá především námořními letouny. Mezi typy, které jsou neprávem na okraji zájmu, patří nenápadný...

Vrtulníček Ingenuity se poprvé proletěl nad Marsem

Inženýři NASA upravili časování u spouštění jednotlivých příkazů malého marsovského vrtulníčku a nic už tak nebránilo ...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Sraženiny po vakcínách: jak vznikají, jak jsou časté a jak se projevují

Začíná být jasné, že některé vakcíny proti covidu-19 mají nečekané vážné vedlejší účinky, které klinické studie...

Jsme inspektoři, ohlásili se agenti do Vrbětic. Později se ozval výbuch

Premium Přijeli do muničních skladů ve Vrběticích a prokázali se jako zaměstnanci ostravské firmy Imex Group. Jednalo se však o...

Muž z IMEX group: Do beden k odeslání by se ve Vrběticích nikdo nedostal

Premium Sklady ve Vrběticích na Zlínsku, které podle českých tajných služeb vyhodili do povětří ruští tajní agenti, měla...

Války budoucnosti mohou probíhat v lidské mysli, říká bezpečnostní analytička

Premium Její znalosti sice využívají vojáci a jeden kolega ji prý s nadsázkou navrhl jmenovat čestnou generálkou britské...

  • Další z rubriky

SpaceX chtělo rychle vyřešit exploze svých lodí. A způsobilo tím další

Poslední explozi prototypu lodi Starship zřejmě způsobil dodatečně nainstalovaný náhradní systém. Ten loď paradoxně...

Vědci konečně ukázali, jak opravdu fungoval „počítač“ starý 2000 let

Je známý jako mechanismus z Antikythéry, ale hovoří se o něm jako o 2 000 let starém počítači, byť patrně vznikl již...

Z boeingu v jedenácti kilometrech nic nevyhodíte, směje se pilot konspiraci

Pravda bývá nudnější než konspirační teorie, zejména proto, že v ní platí fyzikální zákony. Jak moc je děravé tvrzení o...

Služební cesty od stolu ve 3D. Virtuální veletrhy mohou vypadat jako hra

Virtuální výstavy, konference a veletrhy byly v posledních měsících nezbytností. Pokud budou fungovat i po pandemii...

Královna se rozloučila s Philipem bílými květinami a vlastnoručním vzkazem

Královna Alžběta II. se rozloučila s mužem, který stál po jejím boku celých 73 let. Posledními vzkazy pro prince...

Hráče vyloučili z turnaje, protože měl příliš vysoko nastavený jas obrazu

Známý streamer Tfue přišel o vítězství v turnaji o dvanáct tisíc dolarů kvůli tomu, že měl příliš vysoko nastavený jas...

Z Philipova pohřbu odcházeli bratři William a Harry v důvěrném hovoru

Na hradu Windsor byl v sobotu pohřben princ Philip, manžel královny Alžběty II. Velká pozornost se upírala také na...

Bojím se, že papírové peníze v Česku skončí do pěti let, říká ekonom

Premium Mezinárodní měnový fond již před pár lety poukázal na to, že by papírové bankovky či kovové mince mohly z ekonomiky...

Je to podraz, říká organizátor koncertů Cesta ze tmy. S projektem končí

Už za týden měl prostory pražské Lucerny rozeznít první koncert ze série Cesta ze tmy. Ministr zdravotnictví Petr...