Не за горами появление нового поколения микроскопов, способных изучать самые детальные свойства объектов благодаря отражению от них атомов гелия. И возможным это стало благодаря созданию самого гладкого зеркала в мире.
Чудо-зеркало: Расскажет всю правду
Атомы гелия отражаются от поверхности сверхгладкого зеркала: взгляд художника

Подобное чудо-зеркало — заслуга группы испанских ученых во главе с Родольфо Мирандой (Rodolfo Miranda), сумевших покрыть слоем свинца толщиной в несколько атомов на гладкую кремниевую подложку — и провести этот процесс при температуре -159 °C. Благодаря этому достижению уже в ближайшие годы может появиться новый тип микроскопа, сканирующий поверхность, к примеру, биологических объектов, на таком качестве, которое недоступно современным аналогам.

Действительно, электронные микроскопы способны получать изображения с большим увеличением — но у них существуют и серьезные недостатки. Подробно о некоторых из них мы рассказывали в статье «Туннель в наномир». В частности, образец должен проводить электричество; при этом электроны проникают в сам образец, искажая его и, в конце концов, попросту уничтожая (что особенно важно при исследовании биологических объектов).

Этих минусов должен быть лишен перспективный атомный микроскоп, использующий для исследования вместо пучка электронов низкоэнергетический пучок атомов гелия. Нейтральные частицы гелия отскакивают от любой поверхности, проводящей ли, или непроводящей. Отражение их происходит при взаимодействии с электронами, входящими в состав образца и расположенными на самой его поверхности — таким образом, атомы гелия дают более точную картину. Однако подобный микроскоп требует чрезвычайно точной фокусировки пучка атомов гелия, что, в свою очередь, требует создания свер-гладкого параболического зеркала, способного отражать и фокусировать практически все падающие на него атомы.

Ранее группе Родольфо Миранды удалось получить очень гладкую изогнутую поверхность из кремниевых атомов, способных отражать и фокусировать атомы гелия. Однако эта разработка не была особенно эффективной: ей удавалось отражать только 1% падающих частиц и фокусировать их в пучок аж 210 мкм в диаметре. Всего этого лишен новый вариант параболического зеркала, покрытый атомами металла — свинца.

До сих пор достичь подобного не удавалось, поскольку металлические частицы склонны к слипанию и не повторяют идеальной гладкости кремниевой подложки. Так что ученым пришлось привлечь на помощь эффект квантовой стабилизации, существование которого уже было показано в сверхтонких слоях свинца: вплоть до определенной толщины слоя электроны атомов металла остаются на стабильных низкоэнергетических орбитах, стабилизируя всю структуру и делая ее очень ровной.

В результате было получено зеркальце размерами около 2 см и гладкое на атомарном уровне — даже после того, как температура его была повышена до комнатной. По результатам тестов, оно способно отражать уже 15% падающих атомов. Дело за следующим — созданием той же структуры параболической формы, способной фокусировать отраженные частицы в тонкий пучок. Ведь разрешающая способность будущего микроскопа определяется как раз размерами пучка падающих атомов. По мнению ученых, им удастся добиться пучка размерами около 20 нм, что позволит изучать, к примеру, форму отдельных белков в клетке.

Читайте также о создании самых идеальных шаров в мире: если каждый из них увеличить до размеров Земли, шероховатости на их поверхности не превысят 12−15 мм в высоту. Как их делали и зачем они понадобились, вы узнаете из заметки «Круглее круглого».

По информации Nature