Wetenschappers gebruiken verschillende hulpmiddelen om atomen te observeren, die elk een ander perspectief bieden en verschillende aspecten van hun structuur en gedrag onthullen. Hier zijn enkele van de belangrijkste:

1. Microscopen:

* Scanning -tunneling microscoop (STM): Deze microscoop gebruikt een scherpe metalen punt om het oppervlak van een materiaal te scannen. De punt is ongelooflijk dicht bij het oppervlak gebracht en een kwantumfenomeen dat "tunneling" wordt genoemd, stelt elektronen in staat om tussen de punt en het materiaal te stromen. Deze stroom wordt gemeten en gebruikt om een ​​beeld van het oppervlak op atoomniveau te maken.

* atomaire krachtmicroscoop (AFM): Vergelijkbaar met STM, maar gebruikt een kleine cantilever met een scherpe punt om het oppervlak te scannen. De punt interageert met de oppervlakteatomen en buigingen of afbuigingen, die worden gemeten om een ​​3D -beeld van het oppervlak te maken.

* transmissie -elektronenmicroscoop (TEM): Elektronen worden door een dun monster afgevuurd en hun interactie met de atomen in het monster creëert een afbeelding. Deze techniek wordt gebruikt om de interne structuur van materialen te observeren, inclusief de rangschikking van atomen in moleculen.

* Scanning Electron Microscope (SEM): Een gerichte elektronenstraal wordt gescand over het oppervlak van een monster. De interactie van de elektronen met het monster genereert signalen die informatie geven over de oppervlaktemorfologie, samenstelling en andere eigenschappen van het monster. Deze techniek wordt gebruikt om de oppervlaktestructuur van materialen op nanoschaal te observeren.

2. Spectroscopie:

* röntgendiffractie (XRD): Deze techniek gebruikt de diffractie van röntgenfoto's door de atomen in een kristalrooster om de opstelling van atomen en de afstand daartussen te bepalen. Dit biedt informatie over de structuur en eigenschappen van kristallen en materialen.

* Elektronenspectroscopie: Deze methode gebruikt elektronen om de elektronische structuur van atomen en moleculen te onderzoeken. Verschillende soorten elektronenspectroscopie, zoals röntgenfoto-elektronenspectroscopie (XPS), Auger Electron Spectroscopy (AES) en elektronergie-verliesspectroscopie (EELS), bieden informatie over de chemische samenstelling, elektronische toestanden en binding van materialen.

* nucleaire magnetische resonantie (NMR): Deze techniek gebruikt magnetische velden om de kernen van atomen uit te lijnen en vervolgens hun interacties met elkaar te onderzoeken. NMR wordt gebruikt om de structuur van moleculen, de dynamiek van atomen in moleculen en de eigenschappen van materialen te bestuderen.

3. Andere technieken:

* massaspectrometrie: Deze techniek wordt gebruikt om de massa-ladingverhouding van ionen te meten, die kunnen worden gebruikt om de verschillende atomen en moleculen in een monster te identificeren en te kwantificeren.

* deeltjesversnellers: Deze apparaten versnellen geladen deeltjes tot zeer hoge energieën, waardoor ze de structuur van materie op zeer kleine schalen kunnen onderzoeken. Dit omvat experimenten met atomen en hun kiezers.

Dit zijn slechts enkele van de meest voorkomende hulpmiddelen die wetenschappers gebruiken om atomen te observeren. De specifieke gebruikte tool hangt af van het type informatie dat wordt gezocht en de aard van het bestudeerde monster.

Het is vermeldenswaard dat de directe observatie van individuele atomen een uitdaging blijft. De meeste technieken bieden informatie over het collectieve gedrag van veel atomen of indirect bewijs over hun structuur en eigenschappen. Vorigingen in technologie verbeteren echter continu het vermogen van wetenschappers om de atomaire wereld met meer precisie en detail te onderzoeken.