Используя для сканирующего туннельного микроскопа «газовую иглу», ученые сумели намного повысить пределы его разрешающей способности.

Пытаясь разглядеть объекты, слишком мелкие для оптических микроскопов, сегодня исследователи пользуются, в частности, и таким распространенным (и сложным) инструментом, как сканирующие туннельные микроскопы (СТМ). Принцип их действия напоминает старые проигрыватели виниловых пластинок: к образцу на расстояние в ангстремы подносится тончайшая металлическая игла. При подаче на нее небольшого напряжения между иглой и образцом возникает ток, величина которого зависит от расстояния между иглой и образцом. Такая техника позволяет рассмотреть даже атомы, однако и оказывается весьма требовательной к подготовке образцов и проведению съемки, так что, как правило, такого максимального разрешения достичь не удается.

И вот на днях немецкие ученые представили проект усовершенствованной системы СТМ: игла такого микроскопа будет представлять собой… газ, а разрешение – еще выше. Для этого используется охлажденный практически до абсолютного нуля рубидиевый газ, атомы которого улавливаются и управляются внешним магнитным полем.

В ходе экспериментальной съемки ученые использовали их для съемки «леса» из тончайших углеродных нанотрубок. Подход подразумевает, что «игла» касается поверхности, и отдельные атомы рубидия «прилепляются» к поверхности образца. Число этих потерянных атомов может быть зафиксировано, и дать точную картину – с разрешением едва ли не атомарным.

Интересно, что система может использоваться и в другом режиме. Дело в том, что при дальнейшем охлаждении рубидиевый газ переходит в экзотическую форму Бозе-Эйнштейновского конденсата, в котором все атомы переходят в минимально возможное квантовое состояние и ведут себя, можно сказать, «согласованно». Колеблясь над образцом, такая «квантовая игла» позволяет увидеть его за счет регистрации частоты и амплитуды этих колебаний. Этот режим позволяет рассмотреть образец, весьма сложный для подобных наблюдений – например, отдельно стоящую на поверхности нанотрубку – а кроме того, никаких перемещений атомов от иглы на образец не происходит, и он, соответственно, не повреждается.