“ ” 원자를 볼 수 있습니까?

이것은 전적으로 당신이 무엇을 하느냐에 달려 있습니다. “참조”를 의미합니다. 먼저 주목 해 보겠습니다.

내가 아는 한 원자는 상상할 수 없을 정도로 작습니다.

아니요. 원자는 입자 가속기의 구성 요소 (양성자, 전자)와 같이 우리가 가지고 노는 다른 특정 것들에 비해 상당히 큽니다. 원자의 크기는 0.1 나노 미터 정도입니다 (물론 크기에 차이 가 있지만 지금은 신경 쓰지 않겠습니다). A 나노 미터는 $ 10 ^ {-9} $ 미터입니다. 예를 들어 양성자는 훨씬 더 작고 어떤 의미에서는 원자가 너무 커서 100 년 이상 그것들은 나눌 수 없다는 것을 우리가 실험에서 보았 기 때문에 그것들이 나눌 수 없다는 것입니다.

자, 우리는 원자를 “볼”수 있습니까? 이것은 제가 이미 암시했듯이 “보다”가 의미하는 바에 달려 있습니다. . “가시 광선으로 사진을 찍으십시오”를 의미한다면 그렇게 할 수 없습니다. 현미경 검사법에서는 완벽하게 설계된 현미경으로 구별 할 수있는 가장 작은 것의 크기가 당신이 비추는 빛의 파장의 약 절반을 가져야한다는 경험 법칙이 있습니다. 더 정확한 버전은 Abbé difraction limit . 가시광 선의 파장은 약 400 ~ 700 나노 미터입니다. 물론 이것은 원자 직경의 약 4000 ~ 7000 배입니다. 실제로 빛을 사용하여 (회절) 현미경으로 원자를 볼 수있는 방법은 없습니다. [댓글에서 제안한대로 Abbé “를 둘러 보는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 회절 한계 는 부분적으로 일반적인 현미경과 매우 다른 기술을 사용합니다. 그러나 원자의 분해능은 아직 달성되지 않은 것 같습니다.]

그러나 우리가 사용할 수있는 빛 외에 다른 것이 있습니다. 예를 들어 우리는 빛 대신 전자를 사용할 수 있습니다. 양자 역학은 빛과 다른 모든 것과 마찬가지로 전자도 파장 을 가지고 있다고 말합니다. 물론 우리 인간에게는 전자에 대한 좋은 감지 메커니즘이 없기 때문에 그러한 현미경은 광학 현미경과 약간 다르게 보입니다. 즉, 굴절 된 전자와 회절 된 전자에서 이미지를 만들려면 전자 센서를 사용한 다음 이미지를 다시 만들어야합니다. 제가 방금 설명한이 유형의 현미경은 거의 투과 전자 현미경 (TEM) 이며 오랫동안 사용되어 왔습니다. 오늘날 이러한 유형의 현미경의 해상도는 약 0.05 나노 미터 입니다 (일반적인 TEMS는 해상도가 div 인 경우가 있습니다. 광학 현미경의 해상도보다 약 1000 배 이상 높지만 일부 보정 기술을 사용하면 0.05nm 이하의 해상도를 얻을 수 있습니다 ). . 이것은 원자를보기에 충분합니다 (초기 사진은 여기 참조, 다른 답변에는 더 좋고 최근의 사진이 포함되어 있음). 링크 한 사진을 볼 수있을만큼 해상도가 약간 더 좋아졌습니다.

[참고 : 몇 년 전에는 이러한 사진을 위해 다음 섹션에서 설명 할 현미경이 분명히 필요했습니다. 오늘은 즉, 오늘날 전자와 함께 원자를 “볼”수있을 것입니다.]

어떻게 이것을 얻었습니까?

그러나 실리콘 카바이드 결정 표면에서 관찰 된 실리콘 원자를 보여주는 위키피디아 이미지가 있습니다.

우리는 사용해야합니다. 다른 유형의 전자 현미경, 주사 터널링 현미경 (STM) .TEM은 기본적으로 광학 현미경과 동일하게 작동하지만 STM은 다른 개념을 사용합니다. 따라서 일반적으로 “보기”라고 부르는 것에서 더 많이 제거됩니다. 이것이 어떻게 작동하는지 자세히 설명하지는 않겠습니다. 현미경은 전압이인가 된 작은 팁으로 구성되어 있으며 프로브로의 전자 터널링을 측정하여 프로브까지의 거리를 측정합니다. 재료의 표면을 측정하고 여러 지점에서 재료가 팁까지의 거리를 측정 한 다음 프로브의 지형 이미지를 구성합니다. 따라서 원자 주변의 전자 밀도를 측정하여 원자의 크기를 알 수 있습니다. 이를 통해 합리적인 STM은 약 0.1nm의 해상도를 얻을 수 있으며 좋은 STM은 훨씬 더 좋습니다.

그리고 이것이 마지막으로 원자를 볼 수있는 방법입니다.

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• @ Martin 다른 답변과 그 아래의 주석에있는 주장에 유의하십시오. 또한 0.05nm의 링크가 끊어졌습니다.
• @Emilio Pisanty : 끊어진 링크를 지적 해주셔서 감사합니다. 동일한 주장을하는 다른 출처를 찾아서 추가했습니다. 내가 인용 한 해상도는 기본적으로 t의 해상도와 동일합니다. 그는 새로운 대답. 기술적으로는 ‘ TEM을 사용하여 원자를 볼 수 없다고 주장한 적이 없습니다.-내가 TEM으로 원자를 볼 수 있다고 썼습니다.하지만 이겼습니다. ‘ 위의 그림을 얻지 마십시오. 질문의 그림은 확실히 STM 그림이기 때문에 이것은 사실입니다. 또한 해상도가 여전히 낫다고 생각하며 아래 STEM의 후 처리도 ” 보는 “가 아니라고 주장 할 수 있습니다. 하지만이를 명확히하려고 노력했습니다.
• 물론 ” 참조 “의 정의에 따라 다르지만 원자력 현미경

절약 보정 주사 투과 전자 현미경에서 얻은 Sc2O3 나노 결정의 이미지입니다.

왼쪽 이미지는 재료를 통과하여 구부러진 / 편향된 전자 만 측정하여 기록됩니다 (이 경우 산소 원자가 잘 보이지 않음).

오른쪽은 물질을 통과하는 모든 전자를 측정합니다. (이 경우에는 산소와 스칸듐 열이 매우 명확하게 표시됩니다.이 경우에는 원자 5 개 정도의 열입니다.)

이 경우에는 원자 열이 있지만 단층 촬영 STEM이 존재하고이를 재현 할 수 있습니다. 물질에서 개별 원자의 3D 위치

STEM은 전자를 샘플로 보내고 이러한 전자가 어떻게 산란, 흡수 또는 전송되는지 기록하는 방식으로 작동합니다. 이는 광 현미경이 작동하는 방식과 완전히 유사합니다. 빛.

우리는 원자가 빛의 파장보다 훨씬 작기 때문에 빛을 사용하는 원자를 볼 수 없습니다.

하지만 전자는 훨씬 더 작은 파장을 가지고있어 빛보다 훨씬 작은 특징을 조사 할 수 있습니다. 이 이미지의 해상도는 약 70 피코 미터 (0.07nm)이고 원자의 “직경”은 대략 0.1nm … 10 ^ (-10) 미터입니다. 원자를보기에 충분한 해상도 이상

이전 답변과는 달리 실제로 STEM과 TEM을 사용하여 원자를 매우 잘 이미지화 할 수 있습니다.

더욱 현대 STEM은 방법을 기반으로 원자를 화학적으로 식별 할 수 있습니다. 전자빔은 샘플을 통해 편향됩니다.

원자에 더 많은 전자가 => 더 큰 편향.

따라서 원자를 볼 수있을뿐만 아니라 원자를 보면서 화학과 물리적 특성을 연구 할 수도 있습니다!

아래는 Nd3 + : Sc2O3 나노 결정의 이미지입니다. 더 밝은 점은 Nd 원자에 해당합니다 (훨씬 더 많은 전자 수로 인해)

David B. Williams 외 1 개 이상의 투과 전자 현미경 : 재료 과학 교과서 (4 Vol set)

모든 전자 micriscooy에 대한 매우 철저하고 완전한 소스입니다.

JOEL ARM200F 및 푸리에 공간으로 녹화 된 이미지는 gatan으로 필터링 및 분석되었습니다.

댓글

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• 저도 토론 할 생각이 없습니다 ‘. 아마 여기에 마지막 댓글이있을 것입니다. ‘ 당신이 싸워야 할 사람은 확실히 아닙니다. 내가 ‘ 당신을 도우려고 노력했지만 궁극적으로 (제 생각에는) 그것을 ‘ div>는 기술 문서를 개선하여 ‘ 일반 청중을 소외시키지 않는 ‘ 게시하다. 좋은 하루 되세요!