Zamislite jednu kuglicu u dolini, a ispred nje je brdo. Dolina je ravna i glatka i kuglica se može lako kotrljati. Prema klasičnoj fizici i našem svakodnevnom životnom iskustvu kuglica ne može preći brdo osim ako ne dobije dovoljno energije da se popne i pređe vrh, prosto rečeno, nešto je mora pogurati.
U kvantnoj fizici, situacija je drugačija. Postoji vjerovatnoća da kuglica, odnosno čestica, da budemo precizniji, prođe kroz brdo! Kao da se teleportovala sa druge strane zida. Ta pojava zaista postoji i zove se kvantno tunelovanje.
Kako je ta kvantna pojava pretvorena u instrument
Tunelovanje, odnosno prolazak čestice kroz barijeru odavno ima praktičnu primjenu. Skenirajući tunelski mikroskop (STM) koristi kvantno tunelovanje elektrona da osjeti površinu atoma bez ikakvog fizičkog dodira. Na vrhu mikroskopa nalazi se metalna igla koja se završava praktično jednim atomom. Igla se približi površini uzorka na udaljenost od svega jednog nanometra, ali ga ne dodiruje.
Klasično gledano, elektroni iz igle ne mogu preći vakuumsku prazninu (koja u ovom slučaju predstavlja pomenuto brdo) između vrha igle i uzorka. To predstavlja energetski zid, odnosno razmak kroz koji ne bi trebalo da mogu proći.
Ako se kroz sistem pusti mali napon, po klasičnoj fizici elektroni nemaju dovoljno energije da savladaju potencijalnu barijeru i struja se ne bi pojavila. Kvantna mehanika, međutim, dopušta da dio elektrona tuneluje kroz barijeru, što dovodi do nastanka tunelske struje.
Ta struja ekstremno osjetljivo zavisi od rastojanja, a mikroskop mjeri upravo tu promjenu struje i tako osjeća reljef uzorka koji se analizira. Računar zatim rekonstruiše topografsku mapu površine te doslovno pravi sliku rasporeda atoma. Zahvaljujući tome, STM je mikroskop koji vidi praktično pojedinačne atome. Nevjerovatno, zar ne?
Poštovani, da biste pročitali 3 besplatna teksta potrebno je da se registrujete, a da biste nastavili sa čitanjem naših premium sadržaja, neophodno je da odaberete jedan od planova pretplate.
Već imate nalog? Ulogujte se
