Bildiyiniz kimi, Mikroskoplar uzun illərdir ki, alimlər tərəfindən hüceyrələrdən tutmuş viruslara qədər çox kiçik obyektləri öyrənmək üçün istifadə olunur. Bununla belə, ən güclü optik mikroskoplar belə fundamental fiziki qanun olan difraksiya həddi səbəbindən təxminən 200 nanometrdən kiçik strukturları aydın şəkildə təsvir edə bilmirlər. Bu fiziki məhdudiyyət işığın tək bir atom və ya molekulla necə qarşılıqlı təsir göstərdiyinə dair birbaşa müşahidələrə uzun müddət mane olmuşdur. Bu cür müşahidələr materialşünaslıq, elektronika və kvant texnologiyaları üçün çox vacibdir. Bununla belə indi beynəlxalq səviyyəli tədqiqatçılar, atom səviyyəsində təsvir etməyə qadir ilk optik mikroskop-u hazırlamağı bacarıblar.
Yeni görüntüləmə metodu olan “ULA-SNOM” (yaxın sahə optik mikroskopiyası səpələyən ultra aşağı səviyyəli salınım amplitudası) ilə onlar işıqdan istifadə edərək sadəcə bir nanometr qədər kiçik detalları həll etməyə müvəffəq olublar. Başqa sözlə, elm adamları işığın atom miqyasında necə davrandığını indi birbaşa müşahidə edə bilirlər – bu, indiyə qədər yalnız elektron mikroskoplarla mümkün hesab edilirdi. Bu sıçrayış bizə maddənin ən fundamental quruluşunu araşdırmaq imkanı verməklə günəş panellərindən tutmuş kimyəvi reaksiyaların anlaşılmasına qədər bir çox sahədə inqilab yarada bilər.
Bu yüksək qətnaməyə nail olmaq üçün tədqiqatçılar mövcud texnika üzərində qurulmuşdur: səpələnmə tipli skan edən yaxın sahə optik mikroskopiyası (s-SNOM). Bu üsulda iti metal ucu lazerlə işıqlandırılır və materialın səthi boyunca skan edilir. Səthdən səpələnən işıq nanoölçülü strukturlar haqqında məlumat verir. Bununla belə, adi s-SNOM sistemləri yalnız 10-100 nanometr ayırdetmə qabiliyyəti təklif edir ki, bu da atomların görüntülənməsi üçün kifayət deyil. Tədqiqatçılar inkişaf etdirdikləri ULA-SNOM metodu ilə ucu yalnız 0,5 ilə 1 nanometr arasında çox kiçik bir salınımla hərəkət etdirməyi bacardılar. Bu üsulda uc yalnız 0,5-1 nanometr və ya təxminən üç atom enində amplituda ilə salınır. Belə dəqiq hərəkət nəinki kifayət qədər optik siqnal əldə etməyə imkan verdi, həm də atom səviyyəli detalların həllinə imkan verdi. Daha böyük salınımlar ayırdetmə qabiliyyətini azaldır, kiçik rəqslər isə siqnal səs-küyünü artırır. Qeyd edək ki. ucu diqqətli bir ion şüasından istifadə edərək diqqətlə formalı və cilalanmış gümüşdən hazırlanmışdır. 633 nanometr dalğa uzunluğuna və 6 millivat gücünə malik görünən qırmızı lazer bu ucluğa yönəldilib və “plazmonik boşluq” adlı bir fenomen yaradılıb. Bu boşluq işığın atom səviyyəsində materialla qarşılıqlı əlaqəsinə imkan verirdi.
Bu dəqiq konfiqurasiyanı saxlamaq üçün təcrübə ultra yüksək vakuum altında və -265°C (8 Kelvin) çox aşağı temperaturda aparılmışdır. Bu şərtlər titrəmələri və səthin çirklənməsini aradan qaldıraraq ucu səthin yalnız bir nanometri daxilində sabit saxladı. Arxa fon işığını süzgəcdən keçirmək və həqiqi siqnalı gücləndirmək üçün “öz-özünə homodinin aşkarlanması” adlı xüsusi texnikadan da istifadə edilib, nəticədə daha aydın optik məlumatlar əldə edilib. Sistemlərini sınaqdan keçirmək üçün komanda gümüş səthə yerləşdirilmiş tək atom qalınlığında silikon adalarını araşdırıb. Silikon təbəqələri yalnız bir atom hündürlüyündə olsa da, mikroskop həm silikon və gümüş arasındakı sərhədi, həm də hər iki materialın işığa reaksiyasını aydın şəkildə göstərə bildi. Bu, mikroskopun atom səviyyəsində materialın yalnız formasını deyil, həm də optik xüsusiyyətlərindəki fərqləri təsvir edə biləcəyini nümayiş etdirib. Alimlər məkan ayırdetmə qabiliyyətini atom miqyasında səthləri təsvir etmək üçün istifadə edilən güclü cihaz olan adi STM (skan edən tunel mikroskopu) şəkilləri ilə müqayisə etdikdə, ULA-SNOM-un təxminən 1 nanometr ayırdetmə qabiliyyəti ilə eyni səviyyədə detallar təklif etdiyini aşkar etdilər. Bu, STM tərəfindən verilən 0,9 nanometr ayırdetmə qabiliyyətinə çox yaxındır.
Tədqiqatçılar ilk dəfə olaraq tək bir atomun və ya qüsurun materialın optik davranışına necə təsir etdiyini aydın şəkildə görə biliblər. Bu inkişaf, nanostrukturların layihələndirilməsi, yeni fotonik materialların kəşfi və ya daha səmərəli günəş hüceyrələrinin istehsalı kimi bir çox sahədə böyük potensial təklif edir. Bu texnika həmçinin kvant nöqtələrini, tək molekullu sensorları və bioloji strukturları atom səviyyəsində öyrənməyə imkan verir. Bununla belə, ULA-SNOM-un tətbiqi bəzi çətinliklər yaradır. Metod kriogen soyutma, ultra yüksək vakuum, xüsusi formalı metal uçlar və yüksək həssas lazer sistemləri tələb edir. Buna görə də, hazırda yalnız qabaqcıl tədqiqat laboratoriyalarında mövcuddur. Gələcək işlərin bu metodun daha praktik, əlçatan və geniş yayılmasına yönəldilməsi gözlənilir.
