Ser stadig dypere inn i materien

Etter hvert som mikroskopteknologien forbedres, finner forskere ut bedre måter å 'se' utrolig små ting på.

Snø( USDA )

'Jeg kunne ikke slutte å se på bildene,' Gerd Binnig ville si senere , da jeg tok imot Nobelprisen i 1986. 'Det var på vei inn i en ny verden.'

Bare fire år før, i 1982, hadde han og Heinrich Rohrer oppfunnet et mikroskop som kunne undersøke et stykke materiale, inspisere atomene som laget det, og rapportere tilbake. Men det var mer; ikke bare kunne de inspisere atomene – de kunne flytte dem også.

I århundrer hadde forskere brukt lys og linser for å se utover oppløsningene tillatt av de medfødte linsene i det menneskelige øyet. Men først siden 1930-tallet hadde de vært i stand til å observere verden i skalaer mindre enn lys kan belyse.

I 1933, en tysk fysiker hadde utviklet et elektronmikroskop som kunne lage bilder i mindre skala enn det beste lysmikroskopet på den tiden – ved å sende elektroner, i stedet for lysbølger, gjennom en prøve. Og ettersom disse såkalte 'transmisjonselektronmikroskopene' ble bedre , viste de med stadig klarere verden av små ting.

Bacillus subtilis-bakterier, fanget med et moderne transmisjonselektronmikroskop ( NCI-F )

TEM-bilde av silika aerogel ( LBL )

Bare noen få år senere skapte en annen tysk oppfinner et skanningselektronmikroskop som skulle vise prøvens dybde og overflate.

En askepartikkel fra Mount St. Helens ( USGS )

I dag er de mest avanserte iterasjonene av transmisjonselektronmikroskoper er utrolig kraftige , med oppløsninger målt i pikometer , som er veldig, veldig liten .

Mikroskopet som Binnig og Rohrer laget gjorde noe annerledes. Den holdt en bitteliten sonde, punktet så liten som et enkelt atom, nær overflaten av en prøve. Sonden henter informasjonen sin fra elektroner som 'tunnelerer' - som følger deres kvantebølgeegenskaper - gjennom materialet, og bruker denne informasjonen til å lage et bilde av overflaten på atomnivå.

Grafen, sammenføyd med sekskantet bornitrade ( ORNL )

Dette er i hovedsak grunnen til at nanoteknologiforskningen har økt så raskt de siste tiårene. Disse probene kan ikke bare se på disse atomnivåene, men de kan nå ut og berøre atomene, flytte dem på plass . Her er en måte å tenke på, fra Julian Chen's Introduksjon til skannetunnelmikroskopi :

Det ble ofte sagt at STM er for nanoteknologi hva teleskopet var for astronomi. Likevel er STM i stand til å manipulere objektene den observerer, for å bygge nanoskalastrukturer som aldri har eksistert i naturen. Ingen teleskop er i stand til å bringe Mars og Venus sammen.