Hogy néznek ki az atomok?
Pedig a valóság egészen más. Az elektronok nem egy nanométer pontosságú útvonalon keringenek az atommag körül, és a molekulák sem teljesen úgy kapcsolódnak egymáshoz, ahogyan azt a közoktatásban ábrázolják. Ahhoz viszont, hogy ténylegesen megnézhessük, miként is helyezkednek el ezek a parányi részecskék, igen fejlett mérőműszerekre van szükség.
Az elektronok ugyanis közel sem nyugalmi állapotban találhatók a protonok és neutronok alkotta mag körül, olyan tempóban mozognak, amit igen nehéz vizuálisan rögzíteni. Egyfajta felhőben találhatók, pillanatnyi helyzetük pedig gyakorlatilag megállapíthatatlan, legalábbis a Heisenberg-féle határozatlansági reláció szerint (a kvantummechanika egyik sarokkövét Werner Heisenberg fedezte fel, aki rájött, hogy a parányi részecskék minden paramétere egy adott időpontban nem határozható meg pontosan, például nem mérhető meg egyszerre pontosan egy részecske térbeli helye és impulzusa).
Nos, habár a Heisenberg-elv továbbra sincsen veszélyben, azért van hova fejlődni a vizuális ábrázolás tekintetében. Ebben a témában ért el áttörést az IBM zürichi kutatólaboratóriuma csapatának és a brit Liverpooli Egyetem professzorainak közös munkája. Ehhez egy úgynevezett pásztázó alagútmikroszkópot (scanning tunneling microscope - STM) használtak, mely parányi fémtűjének hegye mindössze pár atom „széles”. Ez a tű mozog oda-vissza a vizsgálandó felület felett, így véve mintát a kívánt felületről. És ennél többre is képes: feszültség alá helyezve a tű és a felület között elektronvándorlás zajlik, amit a tudomány kvantumalagútnak hív. A vizsgált felületen levő elektronok sűrűségének mérésével pedig lehetővé válik az adott felület „feltérképezése”.
Ez a módszer azonban nem teszi lehetővé egyedülálló molekulák pontos vizsgálatát, egyrészt az eltérő elektronsűrűség, másrészt az STM korlátozott felbontása miatt. Leo Gross és svájci kollégái, illetve a liverpooli egyetem Felületi Tudományok Kutatóközpontjának szakemberei megoldást találtak a problémára. Először is a vizsgálandó szerves molekulák - pentacén és Nátrium-ftalocianin - felületét szigetelő só nagyon finom, vékony rétegével vonták be. Ezt követően megnövelték az STM felbontását és érzékenyebbé tették a molekulapálya fázisainak érzékelésére.
Ennek eredményei láthatók a fenti képeken. Noha a kvantumszámítások az esetek többségében pontosnak bizonyulnak, mivel a tudományterület még mindig relatíve újnak mondható, előfordul, hogy mégsem az elvárt eredményt kapják a kutatók egy vizsgálat során. Ilyenkor jöhet jól, ha meg is nézhetik, valójában mi a helyzet a molekulával. Emellett a molekuláris szintű gépek létrehozását is fellendítheti a technika, mely révén nanoszintű eszközök lesznek létrehozhatók.
