Немецкие ученые научились снимать "нанокино"

Растровый туннельный микроскоп стал неотъемлемым инструментом нанотехники Увеличить картинку Растровый туннельный микроскоп стал неотъемлемым инструментом нанотехники (© Picture-Alliance / KEYSTONE) Баварские физики открыли уникальный способ съемки движения мельчайших частиц. Разработанная ими на основе наномикроскопа камера способна фиксировать мельчайшие колебания молекул. Для этого с помощью двух последовательных лазерных импульсов создается серия моментальных фотоснимков, которые затем превращаются в настоящий фильм, воспроизводящий сверхбыстрые микроскопические движения.

Растровый туннельный микроскоп стал неотъемлемым инструментом нанотехники. С его помощью ученые могут исследовать и отображать поверхности с точностью до атомарных деталей, a также манипулировать отдельными атомами и молекулами и анализировать их химическую природу. Физикам из Университета Регенсбурга удалось расширить область применения туннельной микроскопии: они добились того, что теперь можно не только воспроизводить вид молекул, но и следить за их быстрыми движениями посредством скоростной съемки.

Ключевое звено "умного" микроскопа – состоящая из единственного атома тончайшая игла, острием которой водят по пробному материалу. При этом между кончиком иглы и поверхностью напряжение возникает таким образом, что электроны из пробы попадают на иглу. Этот процесс позволяет добиться топографического изображения субстанции с нанометрическим разрешением. Кроме того, чудо-игла позволяет сдвигать отдельные атомы, поднимать и вновь возвращать на место.

До сих пор  быстрые движения и колебания молекул, находящихся на поверхности, были недоступны растровому туннельному микроскопу. Поскольку чтобы отобразить одну молекулу, требуется от нескольких миллисекунд до секунд – а это слишком долго для сверхскоростных молекулярных перемещений, у которых счет идет на пико- и фемтосекунды (триллионные и квадриллионные доли секунды).

Регенсбургские исследователи модифицировали свой наномикроскоп таким образом, чтобы можно было зафиксировать молекулярные колебания. Для этого они прибегли к способу, который обычно используют в фемтосекундной лазерной спектрографии. Он базируется на двух последовательных шагах: первый кроткий лазерный импульс приводит в движение исследуемую молекулу, а вскоре после этого второй импульс анализирует запущенный процесс. В результате возникает ряд моментальных снимков происходящей реакции. 

В качестве исследуемого объекта ученым служила молекула пентацена, которую они поместили на тонкий слой поваренной соли. С помощью серии моментальных снимков немецкие физики создали фильм, демонстрирующий, какие колебания производят молекулы пентацена.

С помощью изобретенной на основе наномикроскопа камеры баварские ученые планируют зафиксировать сверхбыстрые микроскопические движения и других субстанций. Кроме того, вооружившись своим ноу-хау, они намерены "преследовать" даже ход химических реакций.

Арина Попова

06.12.2016

Немецкие ученые научились снимать "нанокино"

picture alliance / blickwinkelmm-images

Присоединяйтесь к нам

Немецкие ученые смастерили самый маленький двигатель в мире

picture alliance / dpa

Немецким исследователям удалось создать самый маленький в мире тепловой двигатель. Наномашина состоит всего из одного атома, при этом в производительности микромотор не уступает традиционному двигателю. Из-за малой мощности инновационный движок не применить на практике, однако разработка имеет революционное значение для изучения термодинамики на квантовом уровне. Эта область фундаментальных исследований лежит в авангарде современной науки, нацеленной на миниатюризацию высокотехнологичных систем.

Роботы-невидимки: наноракета для очистки сточных вод

Первые испытания нанороботов показали, что они могут сократить концентрацию свинца в сточных водах в 20 раз

Ученые из Тюбингена создали невидимые человеческому глазу машины, способные вылавливать из промышленных сточных вод токсичные вещества. Нанороботы с магнитным дистанционным управлением работают по принципу ракетного двигателя. Эти микроскопические санитары способны распознавать и закреплять на себе тяжелые металлы. Пилотные модели "наноспецназа" оптимизированы на поимку в воде свинца.