Как искать золото микроскопом

Знаете ли вы как отыскивать залежи золота с помощью обычного микроскопа? (ну ладно, не обычного)

Однажды я был на лекции Константина Ельцова – доктора наук, сотрудника института им.Прохорова и вообще одного из топовых исследователей в области surface science. Среди прочего он рассказал забавную историю о научных коммуникациях.

Позвонил ему приятель из родного города, где-то под Сочи:

– У тебя там на работе есть прибор, ищущий золото под землей, как металлоискатель! Вези сюда, дело есть.
Конечно же в лаборатории поверхностных явлений нет ничего подобного. Оказалось, Ельцов когда-то говорил другому своему знакомому, что исследует самоорганизующиеся структуры золота сканирующим туннельным микроскопом. Тот подумал, что раз «туннельный», то золото под землей ищет! А «сканирующий» – типа как металлоискатель работает, сканирует землю.

Неизвестно какое дело было у приятеля ученого, но СТМ (так сокращенно называют микроскоп) ему точно бессилен помочь. Разве что ему нужно разгрести землю нанометровой иглой-кантилевером.

Вот так выглядит мечта любого старателя – сканирующий туннельный микроскоп.

Скорее на батискаф Жака-Ива Кусто похоже, не находите? Окошки– иллюминаторы сделаны из особо прочного стекла, способного выдерживать большие перепады давлений. Ученые вообще любят вакуум, там легче всего исследовать образцы, потому в микроскопах есть камеры, откуда откачиваются любые газы до приемлемых, очень-очень низких, давлений. Если такая камера прохудится, может и взорваться, но я ни разу не слышал о подобных инцидентах.

Причем в вакууме же кристаллы для исследований и выращивают, взять с улицы их нельзя – там уже будет мусор. Раньше была подстава, когда разные научные группы подготавливали поверхности по одной методике, но получали различные результаты – у них не было такого хорошего вакуума, и методика-то одна, но образцы отличались из-за случайных эффектов.

Ладно, со словом «микроскоп» всё более-менее ясно. Давайте разберемся со «сканирующий» и «туннельный».

Идея весьма проста – над поверхностью на расстоянии в ангстремы (в 10 миллиардов раз меньше метра) водится иголка (кантилевер). На иглу подается небольшое напряжение, и между ней и поверхностью происходит «пробой», так называемый туннельный ток. Туннельный – потому как электронам не хватает энергии преодолеть расстояние между атомами иглы и образца, такой себе энергетический барьер, и они как бы туннелируют под барьером – из-за принципа неопределенности импульс может случайно получить случайную добавку, и электрон осилит препятствие.

Хороший пример туннелирования показан в кино – Гарри Поттер и другие волшебники туннелируют через платформу 9 и 3/4, тогда как обычные частицы, маглы, не могут преодолеть барьер. Правда, вероятность туннелирования такого большого объекта, как целый волшебник, крайне низка, и все атомы во Вселенной рассыпятся в фотонную труху, прежде чем человек пройдет через стенку. Если, конечно, своей магией герои Роулинг не научились распадаться на квантовые объекты и собираться потом вновь.

Все трюки выполнены профессионалами, не пытайтесь туннелировать самостоятельно, это чревато для вашего здоровья

Величина тока зависит от расстояния до поверхности, и если игла проходит, положим, над ямкой, изменяется, и компьютер, обрабатывая силу тока, рисует ямку.

Вот так выглядит поверхность золота. Изображенного кусочка золота хватит... дайте-ка подумать, на ничего.

Чем-то смахивает на нанолозоходство, только основанное на приципах квантовой механики. Мы вслепую водим наноиглой по нанообразцу, находя там интересные явления и артефакты, конвентируемые в настоящие сокровища научного знания.
В этом плане да, СТМ действительно ищет золото:)

О подлинных сокровищах, добытых учеными-материаловедами, я и буду рассказывать на страницах своего блога. Приправленных разного рода околонаучными байками. Потому что байки лучше всего запоминаются, а удачно вставленная в разговор байка показывает высокую коммуникативную ценность собеседника.

Не переключайтесь