Атомная силовая микроскопия различает типы атомов

Впервые продемонстрировано, что атомная силовая микроскопия может использоваться для идентификации отдельных типов поверхностных атомов при комнатной температуре. Открытие подготавливает почву для разработки технологии идентификации химических веществ на атомном уровне.

Атомная силовая микроскопия [Atomic force microscopy (AFM)] работает по принципу сканирования поверхности острым датчиком (примерно также иголка проигрывателя считывает информацию с дорожек на старой виниловой грампластинке). Датчик связан с качающимся коромыслом: взаимодействие датчика с атомами поверхности заставляет коромысло раскачиваться с частотой, зависящей от расстояния между атомом и датчиком.

До настоящего времени было сложно осуществить химическую идентификацию индивидуальных атомов, располагающихся на поверхности. Группа, возглавляемая Оскаром Кустанцем (Oscar Custance) из Университета Осаки показала, что это возможно. Исследователи использовали AFM для изучения поверхности сплава, состоящего из кремния, олова и свинца с известным содержанием каждого элемента. В результате многочисленных экспериментов было показано, что сила, возникающая между острием датчика и каждым атомом индивидуального химического элемента, различается. Например, наиболее сильное взаимодействие реализуется при контакте датчика с кремнием.

Так как точный состав иглы датчика трудно контролировать, поэтому абсолютное значение силы между датчиком и атомами поверхности зависит от условий эксперимента. Вместе с тем, отношение этих сил, не зависит от состава и формы датчика, и остается постоянным для каждого химического элемента. Соотнеся данные эксперимента с теоретическими выкладками, исследователи предположили, что таким образом можно получить «отпечатки пальцев» каждого элемента. Предположение было подтверждено исследованием сплава кремний/олово/свинец/ с неизвестным содержанием элементов. Были успешно идентифицированы положения каждого из составляющих сплав атомов.