ساخت آینة اتمی پایدارشدة کوانتومی به دست دانشمندان اسپانیایی

به‌تازگی گروهی از فیزیک‌دانان دانشگاه اوتونموسِ مادرید(UAM) و مؤسسة مطالعات
پیشرفتة علوم نانوی مادرید(IMDEA-Nanociencia)، یک «آینة‌ اتمی پایدارشدة
کوانتومی» ساخته‌اند. گفته می‌شود که سطح این آینه، صیقلی‌ترین سطحی است که
تاکنون ساخته شده‌است. هم‌اکنون دانشمندان در تلاشند تا از این کشف در طراحی
نخستین میکروسکوپ اتمی دنیا بهره بگیرند.

یکی از این فیزیک‌دانان به ‌نام رودولفو میراندا(که یک پروفسور فیزیکِ
ماده‌چگال در UAM و مدیر IMDEA-Nanociencia است) عنوان کرد که چنین آینة
تقریباً بی‌عیبی، با بهره‌گیری از موادی با ضخامت نانومتری قادر است تا بیشتر
اتم‌های موجود در برابر آینه را به شکل بی‌نظیری بازتابیده نماید. خصوصیات این
لایه‌های نانویی به‌وسیلة اثرات کوانتومی تعیین می‌گردد.

این آینه شبیه به یک ویفر انحنادار است. این گروه، آینة خود را با استفاده از
یک بلور سیلیکونی نازک با ضخامت ۵۰ میکرون ساختند، سپس آن را با لایة بسیار
نازکی از سرب(با ضخامت یک تا دو نانومتر)، پوشش دادند. آنها برای مطالعة
بازتابش از این فلز، از اتم‌های هلیوم استفاده کردند. آینه‌هایی که تنها از
سیلیکون ساخته می‌شوند، یک درصد از اتم‌های هلیوم را بازتابش می‌کنند؛ اما با
اضافه ‌کردن یک لایة سربی به‌ آنها، میزان بازتابش به شکل چشمگیری ارتقا یافته،
به ‌۶۷ درصد نیز می‌رسد.

برای ساخت این آینه، سرب در دمایی بین133 تا 173 درجة سانتی‌گراد بر روی
سیلیکون رسوب‌دهی می‌شود. ضخامتِ نانومتری سرب موجب می‌شود که خصوصیات
کوانتومی‌اش «به سطح بیاید» و به شکلی «اعجاب‌انگیز و خودبه‌خود»، ضربات روی
سطح موجب می‌گردد تا سطح هموار شده، یک لایة فوق ‌هموار به وجود بیاید. میراندا
در این باره گفت:«عجیب‌ترین چیزی که در این فرایند مشاهده می‌شود این است که با
حرارت‌ دادن به این ماده و رساندن آن به دمای اتاق، پیچش یا شکستی در آن ایجاد
نمی‌شود، بالعکس هموارتر شده و خصوصیات بازتابشی آن ارتقا می‌یابد.»

این نوع آینه‌ها، برای ساخت نسل آیندة میکروسکوپ‌های اتمی به‌شدت مورد نیاز
هستند. تاکنون میکروسکوپ‌های الکترونی در مشاهدة اشیا، دارای بیشترین دقت
بوده‌اند؛ اما این میکروسکوپ‌ها معایبی نیز دارند: الکترون‌های شتاب‌دار که در
آنها استفاده می‌شوند به بیشتر نمونه‌های زیستی ظریف همانند غشاهای سلولی یا
ساختارهای پروتئینی خاص، آسیب می‌زنند. میراندا گفت:«ما امیدواریم تا با
استفاده از میکروسکوپ‌های اتمی، بدون آسیب‌ زدن به نمونه‌ها به همین دقت دست
پیدا کنیم.» وی با اشاره به اینکه جرم اتم‌ها بسیار بیشتر از الکترون‌هاست،
گفت:«به همین دلیل ما قادریم تا با صرف انرژی بسیار کمتری به همان طول ‌موج دست
پیدا کنیم و بدون آسیب‌ زدن به نمونه‌های تحت مشاهده، کوچک‌ترین اشیای قابل
‌مشاهده با یک میکروسکوپ الکترونی را مشاهده کنیم.»

هم‌اکنون این محققان به همراه محققانی از دانشگاه کمبریج و دانشگاه گرادز(در
اتریش) در تلاش برای عرضة نخستین نمونه‌های نمایشی میکروسکوپ‌های اتمی‌ای هستند
که از آینه‌های پایدارشدة کوانتومی استفاده می‌کنند و اطمینان دارند که در سال
آینده، نخستین تصاویر گرفته‌شده به‌وسیلة آنها را ارائه‌ خواهند کرد.

نتایج این تحقیق در نشریة Advanced Materials به چاپ رسیده‌است.