یک تیم تحقیقات بین‌المللی از اتریش، آلمان و کانادا در حال کار روی میکروسکوپ الکترونی هستند تا با استفاده از آن، از اوربیتال الکترونی یک اتم تصویربرداری کنند. نتایج به دست آمده تاکنون موفقیت آمیز بوده است.
آیا می‌توان با TEM از اوربیتال الکترونی تصویر گرفت؟
با میکروسکوپ الکترونی نمی‌توان همانند دوربین‌های تلفن همراه تصویربرداری کرد. لازم است نسبت به ساختار و ترکیبی که قرار است از آن تصویر گرفته شود، اطلاعات لازم را در دست داشت. حتی گاهی لازم است برای تکمیل فرآیند تصویربرداری، محاسبات پیچیده فیزیکی و ریاضی انجام گیرد.
پیتر شاتشنیدر و همکارانش از دانشگاه وین روی آنالیز تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری انرژی فیلتر شده (EFTEM) کار می‌کنند. این گروه نشان دادند که در شرایط خاصی می‌توان تصویر واضحی از اوربیتال الکترونی درون یک اتم به دست آورد. این نوع میکروسکوپ الکترونی قادر است به سطوح زیر اتمی ماده نفوذ کند.
بسیاری از مردم تصور می‌کنند که اوربیتال‌های اتمی اطراف هسته شبیه به مدارهای سیارات اطراف خورشید هستند. قوانین فیزیک کوانتومی می‌گوید که موقعیت الکترون را نمی‌توان در اطراف هسته به دقت تعیین کرد به طوری که الکترون در جایی در حوالی هسته در حال حرکت است. نواحی که الکترون احتمال بیشتری برای حضور در آنجا دارد، اوربیتال نامیده می‌شود. تاکنون با استفاده از محاسبات، محل اوربیتال‌ها مشخص می‌شدند.
این گروه تحقیقاتی با انجام محاسباتی احتمال وجود اوربیتال را نقطه‌ای نزدیک هستهد تخمین زد. آن‌ها این کار را برای یک لایه اتمی از جنس کربن انجام دادند. پرتو الکترون می‌تواند به سادگی از میان گرافن عبور کند و معمولاً پراش الاستیک ندارد. با عبور الکترون‌ها از میان نمونه، یک میدان مغناطیسی اقدام به چیدمان الکترون‌ها برحسب انرژی می‌کند.
این گروه با استفاده از شبیه‌سازی نشان دادند که چگونه این روش می‌تواند اوربیتال الکترونی را به تصویر بکشد. آن‌ها در حال پیاده‌سازی این شبیه‌سازی روی میکروسکوپ الکترونی هستند تا تصویری از اوربیتال الکترونی به دست آورند. آنچه که محققان تاکنون به آن رسیدند بیش از حد انتظارشان بوده است.
در این پروژه محققانی از دانشگاه مک مستر کانادا، دانشگاه اولم آلمان و دانشگاه هومبوالدت نیز شرکت داشتند.
نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در نشریه Physical Review Letters به چاپ رسیده است.
