একটি একক পরমাণুর একটি ফটো একটি বিজ্ঞান ফটোগ্রাফি প্রতিযোগিতা জিতেছে এবং এটি কীভাবে সম্ভব তা এখানে। একটি ইলেকট্রনের পরমাণুর ছবি

আপনি জানেন যে, মহাবিশ্বের সমস্ত উপাদানই পরমাণু নিয়ে গঠিত। একটি পরমাণু হল পদার্থের ক্ষুদ্রতম একক যা এর বৈশিষ্ট্য বহন করে। পরিবর্তে, একটি পরমাণুর গঠন মাইক্রো পার্টিকেলগুলির একটি জাদুকরী ত্রিত্ব দ্বারা গঠিত: প্রোটন, নিউট্রন এবং ইলেকট্রন।

তদুপরি, প্রতিটি মাইক্রো পার্টিকেল সর্বজনীন। অর্থাৎ, আপনি পৃথিবীতে দুটি ভিন্ন প্রোটন, নিউট্রন বা ইলেকট্রন খুঁজে পাবেন না। তাদের সবগুলি একে অপরের সাথে একেবারে মিল। এবং পরমাণুর বৈশিষ্ট্যগুলি কেবলমাত্র পরমাণুর সাধারণ কাঠামোতে এই মাইক্রোকণাগুলির পরিমাণগত গঠনের উপর নির্ভর করবে।

উদাহরণস্বরূপ, একটি হাইড্রোজেন পরমাণুর গঠন একটি প্রোটন এবং একটি ইলেকট্রন নিয়ে গঠিত। জটিলতার পরে, হিলিয়াম পরমাণু দুটি প্রোটন, দুটি নিউট্রন এবং দুটি ইলেকট্রন দ্বারা গঠিত। একটি লিথিয়াম পরমাণু তিনটি প্রোটন, চারটি নিউট্রন এবং তিনটি ইলেকট্রন ইত্যাদি নিয়ে গঠিত।

পরমাণুর গঠন (বাম থেকে ডানে): হাইড্রোজেন, হিলিয়াম, লিথিয়াম

পরমাণুগুলি অণুতে একত্রিত হয় এবং অণুগুলি পদার্থ, খনিজ এবং জীবগুলিতে একত্রিত হয়। ডিএনএ অণু, যা সমস্ত জীবনের ভিত্তি, এটি একটি কাঠামো যা মহাবিশ্বের একই তিনটি জাদুকরী বিল্ডিং ব্লক থেকে রাস্তায় পড়ে থাকা পাথরের মতো। যদিও এই কাঠামো অনেক বেশি জটিল।

আমরা যখন পারমাণবিক সিস্টেমের অনুপাত এবং গঠন ঘনিষ্ঠভাবে দেখার চেষ্টা করি তখন আরও আশ্চর্যজনক তথ্য প্রকাশিত হয়। এটি জানা যায় যে একটি পরমাণুতে একটি নিউক্লিয়াস এবং ইলেকট্রন থাকে যা একটি ট্রাজেক্টোরি বরাবর এটির চারপাশে ঘুরতে থাকে যা একটি গোলককে বর্ণনা করে। অর্থাৎ শব্দের স্বাভাবিক অর্থে একে আন্দোলনও বলা যায় না। ইলেক্ট্রনটি বরং সর্বত্র এবং অবিলম্বে এই গোলকের মধ্যে অবস্থিত, নিউক্লিয়াসের চারপাশে একটি ইলেকট্রন মেঘ তৈরি করে এবং একটি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ক্ষেত্র তৈরি করে।

পরমাণুর গঠনের পরিকল্পিত উপস্থাপনা

একটি পরমাণুর নিউক্লিয়াস প্রোটন এবং নিউট্রন নিয়ে গঠিত এবং সিস্টেমের প্রায় পুরো ভর এটিতে কেন্দ্রীভূত। কিন্তু একই সময়ে, নিউক্লিয়াস নিজেই এত ছোট যে আপনি যদি এর ব্যাসার্ধ 1 সেন্টিমিটার স্কেলে বাড়ান, তাহলে পরমাণুর পুরো কাঠামোর ব্যাসার্ধ শত শত মিটারে পৌঁছাবে। এইভাবে, আমরা যাকে ঘন পদার্থ হিসাবে উপলব্ধি করি তা কেবলমাত্র ভৌত কণাগুলির মধ্যে শক্তি সংযোগের 99% এর বেশি এবং ভৌত আকারের 1% এরও কম।

কিন্তু এই শারীরিক রূপ কি? তারা কি তৈরি করা হয়, এবং তারা কিভাবে উপাদান? এই প্রশ্নের উত্তর দিতে, আসুন প্রোটন, নিউট্রন এবং ইলেকট্রনের গঠনগুলি ঘনিষ্ঠভাবে দেখি। সুতরাং, আমরা মাইক্রোকসমের গভীরতায় আরও একটি ধাপ নামাই - সাবঅ্যাটমিক কণার স্তরে।

ইলেকট্রন কি দিয়ে তৈরি?

একটি পরমাণুর ক্ষুদ্রতম কণা একটি ইলেকট্রন। একটি ইলেকট্রনের ভর আছে কিন্তু আয়তন নেই। বৈজ্ঞানিক দৃষ্টিকোণ থেকে, ইলেকট্রন কোনো কিছুর সমন্বয়ে গঠিত নয়, তবে এটি একটি গঠনহীন বিন্দু।

একটি ইলেকট্রন একটি মাইক্রোস্কোপ অধীনে দেখা যায় না. এটি শুধুমাত্র একটি ইলেক্ট্রন মেঘের আকারে পরিলক্ষিত হয়, যা পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের চারপাশে একটি অস্পষ্ট গোলকের মতো দেখায়। একই সময়ে, নির্দিষ্ট সময়ে ইলেক্ট্রন কোথায় অবস্থিত তা সঠিকভাবে বলা অসম্ভব। ডিভাইসগুলি কণা নিজেই ক্যাপচার করতে সক্ষম নয়, তবে শুধুমাত্র তার শক্তি ট্রেস। ইলেক্ট্রনের সারমর্ম পদার্থের ধারণার মধ্যে এম্বেড করা হয় না। এটি বরং একটি খালি ফর্মের মতো যা শুধুমাত্র চলাচলের মধ্যে এবং মাধ্যমে বিদ্যমান।

ইলেকট্রনের কোনো গঠন এখনো পাওয়া যায়নি। এটি শক্তির কোয়ান্টাম হিসাবে একই বিন্দু কণা। প্রকৃতপক্ষে, একটি ইলেকট্রন শক্তি, তবে, এটি আলোর ফোটন দ্বারা উপস্থাপিত একটির চেয়ে এটির আরও স্থিতিশীল রূপ।

এই মুহূর্তে, ইলেকট্রন অবিভাজ্য বলে মনে করা হয়। এটি বোধগম্য, কারণ কোন ভলিউম নেই এমন কিছুকে ভাগ করা অসম্ভব। যাইহোক, তত্ত্বের মধ্যে ইতিমধ্যেই বিকাশ রয়েছে, যা অনুসারে একটি ইলেক্ট্রনের সংমিশ্রণে এই জাতীয় অর্ধকণাগুলির একটি ত্রিত্ব রয়েছে:

• অরবিটন - ইলেক্ট্রনের কক্ষপথের অবস্থান সম্পর্কে তথ্য রয়েছে;
• স্পিনন - স্পিন বা ঘূর্ণন সঁচারক বল জন্য দায়ী;
• Holon - একটি ইলেকট্রনের চার্জ সম্পর্কে তথ্য বহন করে।

যাইহোক, যেমনটি আমরা দেখতে পাই, বস্তুর সাথে আধা-কণার মিল নেই এবং শুধুমাত্র তথ্য বহন করে।

একটি ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপে বিভিন্ন পদার্থের পরমাণুর ছবি

মজার বিষয় হল, একটি ইলেক্ট্রন শক্তি কোয়ান্টা শোষণ করতে পারে, যেমন আলো বা তাপ। এই ক্ষেত্রে, পরমাণু একটি নতুন শক্তি স্তরে চলে যায় এবং ইলেক্ট্রন মেঘের সীমানা প্রসারিত হয়। এটিও ঘটে যে একটি ইলেক্ট্রন দ্বারা শোষিত শক্তি এতটাই বেশি যে এটি পারমাণবিক সিস্টেম থেকে লাফিয়ে বেরিয়ে আসতে পারে এবং একটি স্বাধীন কণা হিসাবে তার চলাচল চালিয়ে যেতে পারে। একই সময়ে, এটি আলোর ফোটনের মতো আচরণ করে, অর্থাৎ, এটি একটি কণা বলে মনে হয় এবং একটি তরঙ্গের বৈশিষ্ট্যগুলি প্রদর্শন করতে শুরু করে। এটি একটি পরীক্ষায় প্রমাণিত হয়েছে।

তরুণের পরীক্ষা

পরীক্ষা চলাকালীন, ইলেক্ট্রনের একটি প্রবাহ একটি স্ক্রিনের উপর নির্দেশিত হয়েছিল যার মধ্যে দুটি স্লিট কাটা ছিল। এই স্লিটগুলির মধ্য দিয়ে যাওয়ার সময়, ইলেক্ট্রনগুলি অন্য প্রজেকশন স্ক্রিনের পৃষ্ঠের সাথে সংঘর্ষে পড়ে, এটিতে তাদের চিহ্ন রেখে যায়। ইলেক্ট্রন দ্বারা এই "বোমাবর্ষণের" ফলে, প্রজেকশন স্ক্রিনে একটি হস্তক্ষেপের প্যাটার্ন দেখা দেয়, যা দুটি স্লিটের মধ্য দিয়ে গেলে তরঙ্গ, কিন্তু কণা না হলে প্রদর্শিত হবে।

দুটি স্লটের মধ্যবর্তী তরঙ্গটি দুটি তরঙ্গে বিভক্ত হওয়ার কারণে এই জাতীয় প্যাটার্ন ঘটে। আরও আন্দোলনের ফলে, তরঙ্গগুলি একে অপরকে ওভারল্যাপ করে এবং কিছু এলাকায় তারা একে অপরকে বাতিল করে দেয়। ফলস্বরূপ, আমরা প্রজেকশন স্ক্রিনে একটির পরিবর্তে অনেকগুলি স্ট্রাইপ পাই, যেমনটি ইলেকট্রন একটি কণার মতো আচরণ করলে তা হবে।

একটি পরমাণুর নিউক্লিয়াসের গঠন: প্রোটন এবং নিউট্রন

প্রোটন এবং নিউট্রন একটি পরমাণুর নিউক্লিয়াস তৈরি করে। এবং মোট আয়তনে কোরটি 1% এর কম দখল করে থাকা সত্ত্বেও, এই কাঠামোতে সিস্টেমের প্রায় পুরো ভর কেন্দ্রীভূত হয়। কিন্তু প্রোটন এবং নিউট্রনের কাঠামোর ব্যয়ে, পদার্থবিদরা মতামতে বিভক্ত এবং এই মুহূর্তে দুটি তত্ত্ব রয়েছে।

• তত্ত্ব #1 - স্ট্যান্ডার্ড

স্ট্যান্ডার্ড মডেল বলে যে প্রোটন এবং নিউট্রন তিনটি কোয়ার্ক দ্বারা গঠিত যা গ্লুয়নের মেঘ দ্বারা সংযুক্ত। কোয়ার্ক হল বিন্দু কণা, ঠিক যেমন কোয়ান্টা এবং ইলেকট্রন। এবং গ্লুওন হল ভার্চুয়াল কণা যা কোয়ার্কের মিথস্ক্রিয়া নিশ্চিত করে। যাইহোক, প্রকৃতিতে কোয়ার্ক বা গ্লুয়ন পাওয়া যায়নি, তাই এই মডেলটি তীব্র সমালোচনার বিষয়।

• তত্ত্ব #2 - বিকল্প

কিন্তু আইনস্টাইনের বিকশিত বিকল্প ইউনিফাইড ফিল্ড তত্ত্ব অনুসারে, নিউট্রনের মতো প্রোটনও ভৌত জগতের অন্য যে কোনো কণার মতোই আলোর গতিতে ঘূর্ণায়মান একটি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ফিল্ড।

মানুষ এবং গ্রহের ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ক্ষেত্র

পরমাণুর গঠনের নীতিগুলি কী কী?

বিশ্বের সবকিছু - সূক্ষ্ম এবং ঘন, তরল, কঠিন এবং বায়বীয় - কেবলমাত্র অগণিত ক্ষেত্রের শক্তির অবস্থা যা মহাবিশ্বের স্থান জুড়ে রয়েছে। ক্ষেত্রটিতে শক্তির স্তর যত বেশি হবে, এটি তত পাতলা এবং কম উপলব্ধিযোগ্য। শক্তির স্তর যত কম, এটি তত বেশি স্থিতিশীল এবং বাস্তব। পরমাণুর গঠনে, সেইসাথে মহাবিশ্বের অন্য কোনো এককের কাঠামোতে, এই ধরনের ক্ষেত্রগুলির মিথস্ক্রিয়া নিহিত রয়েছে - শক্তির ঘনত্বে ভিন্ন। দেখা যাচ্ছে ব্যাপারটা মনের মায়া মাত্র।

একটি পরমাণু (গ্রীক "অবিভাজ্য" থেকে) একবার মাইক্রোস্কোপিক মাত্রার পদার্থের ক্ষুদ্রতম কণা, একটি রাসায়নিক উপাদানের ক্ষুদ্রতম অংশ যা এর বৈশিষ্ট্য বহন করে। পরমাণুর উপাদান - প্রোটন, নিউট্রন, ইলেকট্রন - এই বৈশিষ্ট্যগুলি আর নেই এবং এগুলি একসাথে গঠন করে। সমযোজী পরমাণু অণু গঠন করে। বিজ্ঞানীরা পরমাণুর বৈশিষ্ট্যগুলি অধ্যয়ন করেন এবং যদিও তারা ইতিমধ্যে বেশ ভালভাবে অধ্যয়ন করেছেন, তারা নতুন কিছু খুঁজে পাওয়ার সুযোগটি মিস করেন না - বিশেষত, নতুন উপাদান এবং নতুন পরমাণু তৈরির ক্ষেত্রে (পর্যায় সারণি চালিয়ে যাওয়া)। একটি পরমাণুর ভরের 99.9% নিউক্লিয়াসে থাকে।

শিরোনাম দ্বারা ভয় পাবেন না. ন্যাশনাল অ্যাক্সিলারেটর ল্যাবরেটরি এসএলএসি-এর কর্মীদের দ্বারা দুর্ঘটনাক্রমে তৈরি ব্ল্যাক হোলটি আকারে শুধুমাত্র একটি পরমাণুতে পরিণত হয়েছিল, তাই কিছুই আমাদের হুমকি দেয় না। এবং "ব্ল্যাক হোল" নামটি শুধুমাত্র গবেষকদের দ্বারা পর্যবেক্ষণ করা ঘটনাটিকে দূরবর্তীভাবে বর্ণনা করে। বিশ্বের সবচেয়ে শক্তিশালী এক্স-রে লেজারের কথা আমরা বারবার বলেছি, যার নাম

যাইহোক, পরমাণুর নিজের ছবি তোলা, এবং এর কোনো অংশ নয়, একটি অত্যন্ত কঠিন কাজ ছিল, এমনকি সবচেয়ে উচ্চ প্রযুক্তির যন্ত্রগুলির সাথেও।

আসল বিষয়টি হ'ল কোয়ান্টাম মেকানিক্সের আইন অনুসারে, একটি সাবএটমিক কণার সমস্ত বৈশিষ্ট্য সমানভাবে নির্ভুলভাবে নির্ধারণ করা অসম্ভব। তাত্ত্বিক পদার্থবিদ্যার এই বিভাগটি হাইজেনবার্গ অনিশ্চয়তা নীতির উপর নির্মিত, যা বলে যে একই নির্ভুলতার সাথে একটি কণার স্থানাঙ্ক এবং গতিবেগ পরিমাপ করা অসম্ভব - একটি সম্পত্তির সঠিক পরিমাপ অবশ্যই অন্য সম্পর্কে ডেটা পরিবর্তন করবে।

অতএব, অবস্থান (কণা স্থানাঙ্ক) নির্ধারণের পরিবর্তে, কোয়ান্টাম তত্ত্ব তথাকথিত তরঙ্গ ফাংশন পরিমাপ করার প্রস্তাব দেয়।

তরঙ্গ ফাংশন শব্দ তরঙ্গের মতো একইভাবে কাজ করে। শুধুমাত্র পার্থক্য হল যে একটি শব্দ তরঙ্গের গাণিতিক বর্ণনা একটি নির্দিষ্ট স্থানে বাতাসে অণুর গতিবিধি নির্ধারণ করে এবং তরঙ্গ ফাংশনটি শ্রোডিঙ্গার সমীকরণ অনুসারে একটি কণার এক জায়গায় বা অন্য জায়গায় উপস্থিত হওয়ার সম্ভাবনা বর্ণনা করে।

তরঙ্গ ফাংশন পরিমাপ করাও সহজ নয় (সরাসরি পর্যবেক্ষণের ফলে এটি ভেঙে যায়), তবে তাত্ত্বিক পদার্থবিদরা মোটামুটিভাবে এর মান অনুমান করতে পারেন।

পরমাণু বা অণুর সম্পূর্ণ অভিন্ন সিস্টেমে পরিচালিত পৃথক ধ্বংসাত্মক পরিমাপ থেকে সংগ্রহ করা হলেই তরঙ্গ ফাংশনের সমস্ত পরামিতি পরীক্ষামূলকভাবে পরিমাপ করা সম্ভব।

ডাচ থেকে পদার্থবিদ গবেষণা প্রতিষ্ঠান AMOLF একটি নতুন পদ্ধতি উপস্থাপন করেছে যার জন্য কোন "পুনঃনির্মাণের" প্রয়োজন নেই এবং তাদের কাজের ফলাফল জার্নালে ফিজিক্যাল রিভিউ লেটারে প্রকাশ করেছে। তাদের পদ্ধতি তিনটি সোভিয়েত তাত্ত্বিক পদার্থবিদদের 1981 সালের অনুমানের উপর ভিত্তি করে, সেইসাথে আরও সাম্প্রতিক গবেষণার উপর ভিত্তি করে।

পরীক্ষা চলাকালীন, বিজ্ঞানীদের দল একটি বিশেষ চেম্বারে স্থাপিত হাইড্রোজেন পরমাণুতে দুটি লেজার বিম নির্দেশ করে। এই ধরনের প্রভাবের ফলে, ইলেকট্রনগুলি তাদের কক্ষপথকে গতিতে এবং যে দিকে তাদের তরঙ্গ ফাংশন দ্বারা নির্ধারিত হয়েছিল সেদিকে ছেড়ে যায়। চেম্বারের একটি শক্তিশালী বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র, যেখানে হাইড্রোজেন পরমাণুগুলি অবস্থিত ছিল, প্ল্যানার (ফ্ল্যাট) ডিটেক্টরের নির্দিষ্ট অংশে ইলেকট্রন পাঠায়।

ডিটেক্টরে আঘাতকারী ইলেকট্রনের অবস্থান চেম্বারে তাদের অবস্থান দ্বারা নয়, তাদের প্রাথমিক বেগ দ্বারা নির্ধারিত হয়েছিল। এইভাবে, ডিটেক্টরে ইলেকট্রনের বন্টন বিজ্ঞানীদের এই কণার তরঙ্গ ফাংশন সম্পর্কে বলেছিল, যা তারা হাইড্রোজেন পরমাণুর নিউক্লিয়াসের চারপাশে কক্ষপথ ছেড়ে যাওয়ার সময় ছিল।

ইলেক্ট্রনগুলির গতিবিধি একটি ফসফরেসেন্ট স্ক্রিনে অন্ধকার এবং হালকা রিংয়ের আকারে প্রদর্শিত হয়েছিল, যা বিজ্ঞানীরা একটি উচ্চ-রেজোলিউশন ডিজিটাল ক্যামেরা দিয়ে ছবি তোলেন।

"আমরা আমাদের ফলাফল নিয়ে খুব সন্তুষ্ট। কোয়ান্টাম বলবিজ্ঞানমানুষের দৈনন্দিন জীবনের সাথে এত কম সম্পর্ক আছে যে পরমাণুর মধ্যে কোয়ান্টাম মিথস্ক্রিয়াগুলির একটি বাস্তব ফটোগ্রাফ পাওয়ার কথা খুব কমই কেউ ভেবেছিল,” বলেছেন অনেতা স্টোডোলনা, গবেষণার প্রধান লেখক। তিনি আরও যুক্তি দেন যে উন্নত কৌশলটি হতে পারে বাস্তবিক ব্যবহার, উদাহরণস্বরূপ, একটি পরমাণুর মতো পুরু কন্ডাক্টর তৈরি করতে, আণবিক তারের প্রযুক্তির বিকাশ, যা আধুনিক ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলিকে উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করবে।

"এটি লক্ষণীয় যে পরীক্ষাটি হাইড্রোজেনের উপর চালানো হয়েছিল, যা আমাদের মহাবিশ্বের সবচেয়ে সহজ এবং সবচেয়ে সাধারণ উভয় পদার্থ। এই কৌশলটি আরও জটিল পরমাণুতে প্রয়োগ করা যেতে পারে কিনা তা বোঝার প্রয়োজন হবে। যদি তাই হয়, তাহলে এটি একটি বড় অগ্রগতি যা আমাদের কেবল ইলেকট্রনিক্স নয়, ন্যানো প্রযুক্তিও বিকাশের অনুমতি দেবে,” অটোয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের জেফ লুন্ডিন বলেছেন, যিনি গবেষণায় জড়িত ছিলেন না।

যাইহোক, বিজ্ঞানীরা যারা পরীক্ষাটি পরিচালনা করেছেন তারা এই সমস্যার ব্যবহারিক দিক সম্পর্কে ভাবেন না। তারা বিশ্বাস করে যে তাদের আবিষ্কার প্রাথমিকভাবে মৌলিক বিজ্ঞানের সাথে সম্পর্কিত, যা ভবিষ্যত প্রজন্মের পদার্থবিদদের কাছে আরও জ্ঞান স্থানান্তর করতে সাহায্য করবে।

মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের পদার্থবিদরা একটি রেকর্ড রেজোলিউশনের সাথে একটি ফটোতে পৃথক পরমাণু ক্যাপচার করতে পেরেছেন, Day.Az Vesti.ru-এর রেফারেন্সে রিপোর্ট করেছে

মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের কর্নেল ইউনিভার্সিটির বিজ্ঞানীরা অর্ধেকেরও কম অ্যাংস্ট্রম (0.39 Å) এর রেকর্ড রেজোলিউশনের সাথে একটি ফটোতে পৃথক পরমাণু ক্যাপচার করতে সক্ষম হয়েছেন। পূর্ববর্তী ফটোগ্রাফের অর্ধেক রেজোলিউশন ছিল - 0.98 Å।

শক্তিশালী ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপ যা পরমাণু দেখতে পারে প্রায় অর্ধ শতাব্দী ধরে, কিন্তু তাদের রেজোলিউশন দৃশ্যমান আলোর দীর্ঘ তরঙ্গদৈর্ঘ্য দ্বারা সীমিত, যা একটি গড় পরমাণুর ব্যাসের চেয়ে বড়।

অতএব, বিজ্ঞানীরা লেন্সগুলির এক ধরণের অ্যানালগ ব্যবহার করেন যা ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপে চিত্রটিকে ফোকাস করে এবং বড় করে - তারা একটি চৌম্বক ক্ষেত্র। যাইহোক, চৌম্বক ক্ষেত্রের ওঠানামা ফলাফলকে বিকৃত করে। বিকৃতি অপসারণ করতে, অতিরিক্ত ডিভাইসগুলি ব্যবহার করা হয় যা চৌম্বক ক্ষেত্রকে সংশোধন করে, কিন্তু একই সময়ে ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপের নকশার জটিলতা বাড়ায়।

পূর্বে, কর্নেল বিশ্ববিদ্যালয়ের পদার্থবিদরা প্রতিস্থাপনের জন্য ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপ পিক্সেল অ্যারে ডিটেক্টর (EMPAD) তৈরি করেছিলেন। জটিল সিস্টেম 128x128 পিক্সেল রেজোলিউশন সহ একটি ছোট ম্যাট্রিক্স সহ ইনকামিং ইলেক্ট্রন ফোকাস করে জেনারেটর, পৃথক ইলেকট্রনের প্রতি সংবেদনশীল। প্রতিটি পিক্সেল ইলেক্ট্রন প্রতিফলনের কোণ নিবন্ধন করে; এটি জানার পরে, বিজ্ঞানীরা ptyicography কৌশল ব্যবহার করে ইলেকট্রনগুলির বৈশিষ্ট্যগুলিকে পুনর্গঠন করেন, যার মধ্যে এটি যে বিন্দু থেকে প্রকাশিত হয়েছিল তার স্থানাঙ্কগুলি সহ।

সর্বোচ্চ রেজোলিউশনে পরমাণু

ডেভিড এ. মুলার এবং অন্যান্য প্রকৃতি, 2018।

2018 সালের গ্রীষ্মে, পদার্থবিদরা ফলাফলের চিত্রগুলির গুণমানকে আজ পর্যন্ত রেকর্ড-ব্রেকিং রেজোলিউশনে উন্নত করার সিদ্ধান্ত নিয়েছিলেন। বিজ্ঞানীরা 2D উপাদানের একটি শীট - মলিবডেনাম সালফাইড MoS2 - একটি চলমান মরীচির উপর স্থির করেছেন এবং ইলেক্ট্রন উৎসে বিভিন্ন কোণে রশ্মিকে ঘুরিয়ে ইলেকট্রন বিম ছেড়ে দিয়েছেন। EMPAD এবং ptyicography ব্যবহার করে, বিজ্ঞানীরা পৃথক মলিবডেনাম পরমাণুর মধ্যে দূরত্ব নির্ধারণ করেছেন এবং 0.39 Å এর রেকর্ড রেজোলিউশন সহ একটি চিত্র পেয়েছেন।

"আসলে, আমরা বিশ্বের সবচেয়ে ছোট শাসক তৈরি করেছি," সল গ্রুনার (সোল গ্রুনার) ব্যাখ্যা করেছেন, পরীক্ষার লেখকদের একজন। ফলস্বরূপ চিত্রটিতে, 0.39 Å এর রেকর্ড রেজোলিউশন সহ সালফার পরমাণুগুলি দেখা সম্ভব হয়েছিল। তদুপরি, আমরা এমন জায়গাটিও দেখতে পেরেছি যেখানে এমন একটি পরমাণু অনুপস্থিত (একটি তীর দ্বারা নির্দেশিত)।

রেকর্ড রেজোলিউশনে সালফার পরমাণু

ট্রুরল পরমাণু ধরতে শুরু করে, সেগুলি থেকে ইলেক্ট্রন স্ক্র্যাপ করে, প্রোটন গুঁজে দেয় যাতে কেবল তার আঙ্গুলগুলি জ্বলে ওঠে, একটি প্রোটনের ময়দা তৈরি করে, তার চারপাশে ইলেক্ট্রন বিছিয়ে দেয় এবং - পরবর্তী পরমাণুর জন্য; তার হাতে খাঁটি সোনার বার ধরার আগে পাঁচ মিনিটেরও কম সময় কেটে গেছে: তিনি এটি তার মুখের কাছে দিয়েছিলেন, কিন্তু সে তার দাঁতে বারটির স্বাদ নিয়ে মাথা নেড়ে বলল:
- এবং সত্যিই সোনা, কিন্তু আমি এমন পরমাণুকে তাড়া করতে পারি না। আমি অনেক বড়।
- কিছু না, আমরা আপনাকে একটি বিশেষ যন্ত্রপাতি দেব! ট্রল তাকে রাজি করান।

স্ট্যানিস্লাভ লেম, সাইবেরিয়াড

একটি অণুবীক্ষণ যন্ত্রের সাহায্যে একটি পরমাণু দেখা, এটিকে অন্য পরমাণু থেকে আলাদা করা, একটি রাসায়নিক বন্ধনের ধ্বংস বা গঠন অনুসরণ করা এবং একটি অণু কীভাবে অন্য অণুতে পরিণত হয় তা দেখা কি সম্ভব? হ্যাঁ, যদি এটি একটি সাধারণ মাইক্রোস্কোপ না হয়, তবে একটি পারমাণবিক শক্তি। এবং আপনি পর্যবেক্ষণে সীমাবদ্ধ থাকতে পারেন না। আমরা এমন এক সময়ে বাস করি যখন পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপ মাইক্রোওয়ার্ল্ডের একটি জানালা হয়ে দাঁড়িয়েছে। আজ, এই যন্ত্রটি পরমাণুগুলিকে সরাতে, রাসায়নিক বন্ধন ভাঙতে, একক অণুর প্রসারিত সীমা অধ্যয়ন করতে - এমনকি মানুষের জিনোম অধ্যয়ন করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।

জেনন পিক্সেল থেকে চিঠি

পরমাণু বিবেচনা করা সবসময় এত সহজ ছিল না। পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপের ইতিহাস 1979 সালে শুরু হয়েছিল, যখন জুরিখের IBM গবেষণা কেন্দ্রে কাজ করা গের্ড কার্ল বিনিগ এবং হেনরিখ রোহরার, একটি যন্ত্র তৈরি করতে শুরু করেছিলেন যা পারমাণবিক রেজোলিউশনের সাথে পৃষ্ঠের অধ্যয়ন করতে দেয়। এই ধরনের একটি ডিভাইস নিয়ে আসার জন্য, গবেষকরা টানেল ট্রানজিশন ইফেক্ট ব্যবহার করার সিদ্ধান্ত নিয়েছেন - আপাতদৃষ্টিতে দুর্ভেদ্য বাধা অতিক্রম করার জন্য ইলেকট্রনের ক্ষমতা। ধারণাটি ছিল স্ক্যানিং প্রোব এবং অধ্যয়নের অধীনে পৃষ্ঠের মধ্যে ঘটে যাওয়া টানেলিং কারেন্টের শক্তি পরিমাপ করে নমুনায় পরমাণুর অবস্থান নির্ধারণ করা।

বিন্নিগ এবং রোহরার সফল হন, এবং তারা স্ক্যানিং টানেলিং মাইক্রোস্কোপ (STM) এর উদ্ভাবক হিসাবে ইতিহাসে নেমে যান এবং 1986 সালে পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার পান। স্ক্যানিং টানেলিং মাইক্রোস্কোপ পদার্থবিদ্যা এবং রসায়নে একটি বাস্তব বিপ্লব করেছে।

1990 সালে, ক্যালিফোর্নিয়ার আইবিএম রিসার্চ সেন্টারে কর্মরত ডন ইগলার এবং এরহার্ড শোয়েটজার দেখিয়েছিলেন যে STM শুধুমাত্র পরমাণু পর্যবেক্ষণ করতে নয়, তাদের ম্যানিপুলেট করার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে। একটি স্ক্যানিং টানেলিং অণুবীক্ষণ যন্ত্রের প্রোব ব্যবহার করে, তারা সম্ভবত সবচেয়ে জনপ্রিয় চিত্রটি তৈরি করেছে যা পৃথক পরমাণুর সাথে কাজ করার জন্য রসায়নবিদদের রূপান্তরের প্রতীক - তারা 35টি জেনন পরমাণু সহ একটি নিকেল পৃষ্ঠে তিনটি অক্ষর এঁকেছে (চিত্র 1)।

বিন্নিগ তার সম্মানে বিশ্রাম নেননি - প্রাপ্তির বছরে নোবেল পুরস্কারক্রিস্টোফার গারবার এবং কেলভিন কোয়েটের সাথে, আইবিএম জুরিখ গবেষণা কেন্দ্রে, তিনি মাইক্রোওয়ার্ল্ড অধ্যয়নের জন্য আরেকটি ডিভাইসে কাজ শুরু করেছিলেন, এসটিএম-এর অন্তর্নিহিত ত্রুটিগুলি ছাড়াই। আসল বিষয়টি হ'ল একটি স্ক্যানিং টানেলিং মাইক্রোস্কোপের সাহায্যে অস্তরক পৃষ্ঠতলগুলি অধ্যয়ন করা অসম্ভব ছিল, তবে কেবল পরিবাহী এবং অর্ধপরিবাহী এবং পরবর্তীটি বিশ্লেষণ করার জন্য, তাদের এবং মাইক্রোস্কোপ প্রোবের মধ্যে একটি উল্লেখযোগ্য বিরলতা তৈরি করতে হয়েছিল। বিদ্যমান একটি আপগ্রেড করার চেয়ে একটি নতুন ডিভাইস তৈরি করা সহজ ছিল বুঝতে পেরে, বিনিগ, গারবার এবং কোয়াইট পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপ বা AFM আবিষ্কার করেছিলেন। এর ক্রিয়াকলাপের নীতিটি আমূল ভিন্ন: পৃষ্ঠ সম্পর্কে তথ্য পাওয়ার জন্য, মাইক্রোস্কোপ প্রোব এবং অধ্যয়নের অধীনে থাকা নমুনার মধ্যে যে বর্তমান শক্তি পরিমাপ করা হয় তা নয়, তবে তাদের মধ্যে উদ্ভূত আকর্ষণ শক্তির মান, অর্থাৎ দুর্বল অ-রাসায়নিক মিথস্ক্রিয়া - ভ্যান ডের ওয়ালস বাহিনী।

AFM এর প্রথম কাজের মডেলটি তুলনামূলকভাবে সহজ ছিল। গবেষকরা একটি নমনীয় মাইক্রোমেকানিকাল সেন্সরের সাথে সংযুক্ত নমুনার পৃষ্ঠের উপর একটি হীরার প্রোব সরান - একটি সোনার ফয়েল ক্যান্টিলিভার (প্রোব এবং পরমাণুর মধ্যে একটি আকর্ষণ দেখা দেয়, আকর্ষণ শক্তির উপর নির্ভর করে ক্যান্টিলিভার বাঁকে যায় এবং পিজোইলেক্ট্রিককে বিকৃত করে)। ক্যান্টিলিভারের নমনের ডিগ্রি পাইজোইলেকট্রিক সেন্সর ব্যবহার করে নির্ধারণ করা হয়েছিল - একইভাবে, ভিনাইল রেকর্ডের খাঁজ এবং শিলাগুলি একটি অডিও রেকর্ডিংয়ে পরিণত হয়। পারমাণবিক বল অণুবীক্ষণ যন্ত্রের নকশা এটিকে 10-18 নিউটন পর্যন্ত আকর্ষণীয় শক্তি সনাক্ত করতে দেয়। একটি কার্যকরী প্রোটোটাইপ তৈরির এক বছর পরে, গবেষকরা 2.5 অ্যাংস্ট্রোমের রেজোলিউশন সহ গ্রাফাইট পৃষ্ঠের টপোগ্রাফির একটি চিত্র পেতে সক্ষম হন।

তারপর থেকে গত তিন দশকে, AFM প্রায় যেকোনো রাসায়নিক বস্তুর অধ্যয়ন করতে ব্যবহৃত হয়েছে - একটি সিরামিক উপাদানের পৃষ্ঠ থেকে জীবিত কোষ এবং পৃথক অণু, উভয়ই একটি স্থির এবং গতিশীল অবস্থায়। পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপি রসায়নবিদ এবং পদার্থ বিজ্ঞানীদের কাজের ঘোড়া হয়ে উঠেছে এবং এই পদ্ধতিটি ব্যবহার করা কাজের সংখ্যা ক্রমাগত বাড়ছে (চিত্র 2)।

বছরের পর বছর ধরে, গবেষকরা পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপি ব্যবহার করে বস্তুর যোগাযোগ এবং অ-যোগাযোগ অধ্যয়নের জন্য শর্তগুলি বেছে নিয়েছেন। উপরে বর্ণিত যোগাযোগের পদ্ধতিটি ক্যান্টিলিভার এবং পৃষ্ঠের মধ্যে ভ্যান ডের ওয়ালস মিথস্ক্রিয়ার উপর ভিত্তি করে। অ-যোগাযোগ মোডে কাজ করার সময়, পাইজোভাইব্রেটর একটি নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সিতে প্রোবের দোলনকে উত্তেজিত করে (বেশিরভাগই অনুরণিত)। পৃষ্ঠ থেকে ক্রিয়াশীল বল এই সত্যের দিকে পরিচালিত করে যে প্রোবের দোলনের প্রশস্ততা এবং পর্যায় উভয়ই পরিবর্তিত হয়। অ-যোগাযোগ পদ্ধতির কিছু ত্রুটি থাকা সত্ত্বেও (প্রথমত, বাহ্যিক শব্দের প্রতি সংবেদনশীলতা), এটি সঠিকভাবে এই পদ্ধতি যা অধ্যয়নের অধীনে থাকা বস্তুর উপর অনুসন্ধানের প্রভাবকে বাদ দেয় এবং তাই, রসায়নবিদদের জন্য আরও আকর্ষণীয়।

অনুসন্ধানে জীবিত, সংযোগ ধাওয়া

বিনিগের ছাত্র ফ্রাঞ্জ জোসেফ গিসিবলের কাজের জন্য 1998 সালে পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপি যোগাযোগহীন হয়ে পড়ে। তিনিই ক্যান্টিলিভার হিসেবে স্থিতিশীল ফ্রিকোয়েন্সির কোয়ার্টজ রেফারেন্স অসিলেটর ব্যবহার করার পরামর্শ দিয়েছিলেন। 11 বছর পর, জুরিখের আইবিএম পরীক্ষাগারের গবেষকরা অ-যোগাযোগ এফএম-এর আরেকটি পরিবর্তন করেছেন: প্রোব-সেন্সরের ভূমিকা একটি তীক্ষ্ণ হীরার স্ফটিক দ্বারা নয়, একটি অণু - কার্বন মনোক্সাইড দ্বারা সঞ্চালিত হয়েছিল। এটি সাবএটমিক রেজোলিউশনে যাওয়া সম্ভব করেছে, যেমনটি আইবিএমের জুরিখ বিভাগের লিও গ্রস দ্বারা প্রদর্শিত হয়েছে। 2009 সালে, AFM-এর সাহায্যে, তিনি পেন্টাসিন অণুর জন্য একটি মোটামুটি পরিষ্কার এবং দ্ব্যর্থহীনভাবে পাঠযোগ্য "ছবি" পেয়ে পরমাণু নয়, রাসায়নিক বন্ধন দৃশ্যমান করেছিলেন (চিত্র 3; বিজ্ঞান, 2009, 325, 5944, 1110–1114, doi: 10.1126/science.1176210)।

AFM এর সাথে রাসায়নিক বন্ধন দেখা যেতে পারে বলে নিশ্চিত হয়ে, লিও গ্রস আরও এগিয়ে যাওয়ার সিদ্ধান্ত নেন এবং বন্ডের দৈর্ঘ্য এবং আদেশ পরিমাপ করতে পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপ ব্যবহার করার সিদ্ধান্ত নেন - রাসায়নিক গঠন বোঝার জন্য মূল পরামিতি, এবং তাই পদার্থের বৈশিষ্ট্য।

প্রত্যাহার করুন যে বন্ড অর্ডারের পার্থক্য বিভিন্ন ইলেক্ট্রন ঘনত্ব এবং দুটি পরমাণুর মধ্যে বিভিন্ন আন্তঃপরমাণু দূরত্ব নির্দেশ করে (সাধারণ ভাষায়, একটি ডাবল বন্ড একটি একক বন্ধনের চেয়ে ছোট)। ইথেনে, কার্বন-কার্বন বন্ধনের ক্রম এক, ইথিলিনের মধ্যে এটি দুটি এবং ক্লাসিক অ্যারোমেটিক অণু, বেনজিনে, কার্বন-কার্বন বন্ডের ক্রম একের চেয়ে বড়, তবে দুটির কম এবং 1.5 বলে বিবেচিত হয়।

সাধারণ সুগন্ধি সিস্টেম থেকে প্ল্যানার বা বিশাল পলিকন্ডেন্সড রিং সিস্টেমে যাওয়ার সময় বন্ড অর্ডার নির্ধারণ করা অনেক বেশি কঠিন। এইভাবে, ঘনীভূত পাঁচ- এবং ছয়-মেম্বারযুক্ত কার্বন চক্রের সমন্বয়ে গঠিত ফুলেরিনে বন্ডের ক্রম এক থেকে দুই পর্যন্ত যেকোনো মান নিতে পারে। একই অনিশ্চয়তা তাত্ত্বিকভাবে পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক যৌগের ক্ষেত্রে প্রযোজ্য।

2012 সালে, লিও গ্রস, ফ্যাবিয়ান মোহনের সাথে একসাথে দেখিয়েছিলেন যে কার্বন মনোক্সাইডের সাথে পরিবর্তিত একটি ধাতব নন-কন্টাক্ট প্রোব সহ একটি পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপ পরমাণু এবং আন্তঃপরমাণু দূরত্বের মধ্যে চার্জের বন্টনের পার্থক্য পরিমাপ করতে পারে - অর্থাৎ, বন্ড অর্ডারের সাথে সম্পর্কিত পরামিতিগুলি ( বিজ্ঞান, 2012, 337, 6100, 1326–1329, doi: 10.1126/science.1225621)।

এটি করার জন্য, তারা ফুলেরিনে দুটি ধরণের রাসায়নিক বন্ধন অধ্যয়ন করেছিল - একটি কার্বন-কার্বন বন্ধন, যা C 60 ফুলেরিনের দুটি ছয়-সদস্যের কার্বন-ধারণকারী চক্রের জন্য সাধারণ এবং একটি কার্বন-কার্বন বন্ধন, পাঁচ- এবং ছয়-সদস্যের মধ্যে সাধারণ। চক্র একটি পারমাণবিক বল অণুবীক্ষণ যন্ত্র দেখিয়েছে যে ছয় সদস্যের রিংগুলির ঘনীভবনের ফলে একটি বন্ধন তৈরি হয় যা C 6 এবং C 5 চক্রীয় টুকরোগুলির ঘনীভবনের চেয়ে খাটো এবং উচ্চতর হয়। হেক্সাবেনজোকোরোনেনে রাসায়নিক বন্ধনের বৈশিষ্ট্যগুলির অধ্যয়ন, যেখানে কেন্দ্রীয় C 6 চক্রের চারপাশে আরও ছয়টি C6 চক্র প্রতিসমভাবে অবস্থিত, কোয়ান্টাম রাসায়নিক মডেলিংয়ের ফলাফলগুলি নিশ্চিত করেছে, সেই অনুযায়ী বন্ড অর্ডার N-N কেন্দ্রীয়রিং (চিত্র 4 তে অক্ষর i) পেরিফেরাল চক্রের সাথে এই রিংকে একত্রিত করে এমন বন্ধনগুলির চেয়ে বড় হতে হবে (চিত্র 4, চিঠিতে j) নয়টি ছয় সদস্যের রিং সমন্বিত আরও জটিল পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বনের জন্যও অনুরূপ ফলাফল পাওয়া গেছে।

বন্ড অর্ডার এবং আন্তঃপরমাণু দূরত্ব, অবশ্যই, জৈব রসায়নবিদদের জন্য আগ্রহের বিষয় ছিল, তবে যারা রাসায়নিক বন্ধনের তত্ত্ব, প্রতিক্রিয়ার পূর্বাভাস এবং রাসায়নিক বিক্রিয়ার প্রক্রিয়াগুলির অধ্যয়নে নিযুক্ত ছিলেন তাদের জন্য এটি আরও গুরুত্বপূর্ণ ছিল। তবুও, প্রাকৃতিক যৌগগুলির গঠন অধ্যয়নের ক্ষেত্রে সিন্থেটিক রসায়নবিদ এবং বিশেষজ্ঞরা উভয়ই অবাক হয়েছিলেন: এটি প্রমাণিত হয়েছিল যে পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপটি NMR বা IR স্পেকট্রোস্কোপির মতো একইভাবে অণুর গঠন স্থাপন করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। তদুপরি, এটি এমন প্রশ্নের একটি দ্ব্যর্থহীন উত্তর দেয় যা এই পদ্ধতিগুলি মোকাবেলা করতে অক্ষম।

ফটোগ্রাফি থেকে সিনেমা

2010 সালে, একই লিও গ্রস এবং রেইনার এবেল একটি প্রাকৃতিক যৌগের গঠন দ্ব্যর্থহীনভাবে প্রতিষ্ঠা করতে সক্ষম হয়েছিল - সেফাল্যান্ডল এ, একটি ব্যাকটেরিয়া থেকে বিচ্ছিন্ন। ডার্মাকোকাস অ্যাবিসি(প্রকৃতি রসায়ন, 2010, 2, 821–825, doi: 10.1038/nchem.765)। cephalandol A এর গঠনটি আগে গণ স্পেকট্রোমেট্রি ব্যবহার করে নির্ধারণ করা হয়েছিল, কিন্তু এই যৌগের NMR স্পেকট্রার বিশ্লেষণ এর গঠনের প্রশ্নের একটি দ্ব্যর্থহীন উত্তর দেয়নি: চারটি রূপ সম্ভব ছিল। একটি পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপ ব্যবহার করে, গবেষকরা অবিলম্বে চারটি কাঠামোর মধ্যে দুটিকে বাতিল করে দেন এবং AFM এবং কোয়ান্টাম রাসায়নিক মডেলিংয়ের মাধ্যমে প্রাপ্ত ফলাফলের তুলনা করে বাকি দুটির সঠিক পছন্দ করেন। কাজটি কঠিন হয়ে উঠল: পেন্টাসিন, ফুলেরিন এবং করোনেনের বিপরীতে, সিফাল্যান্ডল এ কেবল কার্বন এবং হাইড্রোজেন পরমাণুই ধারণ করে না, উপরন্তু, এই অণুর কোনও প্রতিসাম্য সমতল নেই (চিত্র 5) - তবে এই সমস্যাটিও সমাধান করা হয়েছিল।

আরও নিশ্চিতকরণ যে পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপ একটি বিশ্লেষণাত্মক সরঞ্জাম হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে, তখনকার ওসাকা ইউনিভার্সিটি স্কুল অফ ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের অস্কার কুস্তানজের গ্রুপ থেকে এসেছে। তিনি দেখিয়েছেন কিভাবে, AFM ব্যবহার করে, পরমাণুর মধ্যে পার্থক্য করা যায় যেগুলি একে অপরের থেকে কার্বন এবং হাইড্রোজেনের তুলনায় অনেক কম। প্রকৃতি, 2007, 446, 64–67, doi: 10.1038/nature05530)। কুস্তানজ সিলিকন, টিন এবং সীসা সমন্বিত একটি সংকর সারফেস তদন্ত করেছেন যার প্রতিটি উপাদানের পরিচিত বিষয়বস্তু রয়েছে। অসংখ্য পরীক্ষা-নিরীক্ষার ফলস্বরূপ, তিনি খুঁজে পেয়েছেন যে AFM প্রোবের অগ্রভাগ এবং বিভিন্ন পরমাণুর মধ্যে যে বল উৎপন্ন হয় তা ভিন্ন হয় (চিত্র 6)। উদাহরণস্বরূপ, সিলিকন পরীক্ষা করার সময় সবচেয়ে শক্তিশালী মিথস্ক্রিয়া পরিলক্ষিত হয়েছিল এবং সীসা পরীক্ষা করার সময় সবচেয়ে দুর্বল মিথস্ক্রিয়া পরিলক্ষিত হয়েছিল।

এটা অনুমান করা হয় যে ভবিষ্যতে পৃথক পরমাণুর স্বীকৃতির জন্য পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপির ফলাফলগুলি NMR-এর ফলাফলগুলির মতো একইভাবে প্রক্রিয়া করা হবে - আপেক্ষিক মানগুলির তুলনা করে। যেহেতু সেন্সর সুচের সঠিক গঠন নিয়ন্ত্রণ করা কঠিন, সেন্সর এবং বিভিন্ন পৃষ্ঠের পরমাণুর মধ্যে শক্তির নিখুঁত মান পরীক্ষামূলক অবস্থা এবং ডিভাইসের ব্র্যান্ডের উপর নির্ভর করে, তবে যে কোনও রচনা এবং আকৃতির জন্য এই শক্তিগুলির অনুপাত প্রতিটি রাসায়নিক উপাদানের জন্য সেন্সর স্থির থাকে।

2013 সালে, রাসায়নিক বিক্রিয়ার আগে এবং পরে পৃথক অণুর ছবি পেতে AFM ব্যবহার করার প্রথম উদাহরণ: প্রতিক্রিয়ার পণ্য এবং মধ্যবর্তী থেকে একটি "ফটোসেট" তৈরি করা হয়, যা পরে এক ধরনের ডকুমেন্টারি ফিল্মে মাউন্ট করা যেতে পারে ( বিজ্ঞান, 2013, 340, 6139, 1434–1437; doi: 10.1126/science.1238187)।

বার্কলেতে ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের ফেলিক্স ফিশার এবং মাইকেল ক্রোমি পৃষ্ঠে রৌপ্য প্রয়োগ করেছিলেন 1,2-bis[(2-ইথিনাইলফেনাইল)ইথিনাইল]বেনজিন, অণুগুলিকে চিত্রিত করে এবং সাইক্লাইজেশন শুরু করার জন্য পৃষ্ঠকে উত্তপ্ত করে। মূল অণুর অর্ধেক পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক স্ট্রাকচারে পরিণত হয়েছে, যার মধ্যে পাঁচটি ছয়-সদস্য এবং দুটি পাঁচ-সদস্য রিং রয়েছে। অণুগুলির আরেকটি চতুর্থাংশ একটি চার-সদস্যীয় চক্র এবং দুটি পাঁচ-সদস্যীয় চক্রের মাধ্যমে সংযুক্ত চারটি ছয়-সদস্যীয় চক্রের সমন্বয়ে গঠন তৈরি করে (চিত্র 7)। অবশিষ্ট পণ্যগুলি ছিল অলিগোমেরিক কাঠামো এবং একটি নগণ্য পরিমাণে, পলিসাইক্লিক আইসোমার।

এই ফলাফল দুইবার গবেষকদের বিস্মিত. প্রথমত, প্রতিক্রিয়া চলাকালীন শুধুমাত্র দুটি প্রধান পণ্য গঠিত হয়েছিল। দ্বিতীয়ত, তাদের গঠন বিস্ময় সৃষ্টি করেছিল। ফিশার নোট করেছেন যে রাসায়নিক অন্তর্দৃষ্টি এবং অভিজ্ঞতার কারণে কয়েক ডজন সম্ভাব্য প্রতিক্রিয়া পণ্য আঁকা সম্ভব হয়েছিল, তবে তাদের কোনওটিই পৃষ্ঠের উপর গঠিত যৌগগুলির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ ছিল না। এটা সম্ভব যে সাবস্ট্রেটের সাথে প্রাথমিক পদার্থের মিথস্ক্রিয়া অ্যাটিপিকাল রাসায়নিক প্রক্রিয়াগুলির সংঘটনে অবদান রাখে।

স্বাভাবিকভাবেই, রাসায়নিক বন্ধনের গবেষণায় প্রথম গুরুতর সাফল্যের পর, কিছু গবেষক দুর্বল এবং কম অধ্যয়ন করা আন্তঃআণবিক মিথস্ক্রিয়া, বিশেষ করে, হাইড্রোজেন বন্ধন পর্যবেক্ষণ করতে AFM ব্যবহার করার সিদ্ধান্ত নেন। যাইহোক, এই এলাকায় কাজ সবে শুরু হয়, এবং তাদের ফলাফল পরস্পরবিরোধী। সুতরাং, কিছু প্রকাশনায় জানা গেছে যে পারমাণবিক বল মাইক্রোস্কোপি হাইড্রোজেন বন্ধন পর্যবেক্ষণ করা সম্ভব করেছে ( বিজ্ঞান, 2013, 342, 6158, 611–614, doi: 10.1126/science.1242603), অন্যদের মধ্যে তারা যুক্তি দেয় যে ডিভাইসের নকশা বৈশিষ্ট্যগুলির কারণে এগুলি কেবল নিদর্শন, এবং পরীক্ষামূলক ফলাফলগুলি আরও সাবধানে ব্যাখ্যা করা উচিত ( শারীরিক পর্যালোচনা চিঠি, 2014, 113, 186102, doi:10.1103/PhysRevLett.113.186102) পারমাণবিক বল মাইক্রোস্কোপি ব্যবহার করে হাইড্রোজেন এবং অন্যান্য আন্তঃআণবিক মিথস্ক্রিয়া পর্যবেক্ষণ করা সম্ভব কিনা এই প্রশ্নের চূড়ান্ত উত্তর সম্ভবত এই দশকে ইতিমধ্যেই পাওয়া যাবে। এটি করার জন্য, কমপক্ষে কয়েকবার AFM রেজোলিউশন বাড়াতে হবে এবং কীভাবে শব্দ ছাড়াই চিত্রগুলি পেতে হয় তা শিখতে হবে ( শারীরিক পর্যালোচনা বি, 2014, 90, 085421, doi:10.1103/PhysRevB.90.085421).

এক অণুর সংশ্লেষণ

দক্ষ হাতে, STM এবং AFM উভয়ই বস্তু অধ্যয়ন করতে সক্ষম যন্ত্র থেকে বস্তুর গঠনকে দিকনির্দেশনামূলকভাবে পরিবর্তন করতে সক্ষম যন্ত্রে রূপান্তরিত হয়। এই ডিভাইসগুলির সাহায্যে, ইতিমধ্যেই "সবচেয়ে ছোট রাসায়নিক পরীক্ষাগার" প্রাপ্ত করা সম্ভব হয়েছে, যেখানে ফ্লাস্কের পরিবর্তে একটি সাবস্ট্রেট ব্যবহার করা হয় এবং বিক্রিয়কগুলির মোল বা মিলিমোলের পরিবর্তে পৃথক অণু ব্যবহার করা হয়।

উদাহরণস্বরূপ, 2016 সালে, তাকাশি কুমাগাইয়ের নেতৃত্বে বিজ্ঞানীদের একটি আন্তর্জাতিক দল অ-সংযোগহীন পারমাণবিক বল মাইক্রোস্কোপি ব্যবহার করে পোরফাইসিন অণুকে তার একটি ফর্ম থেকে অন্য ফর্মে স্থানান্তর করতে ( প্রকৃতি রসায়ন, 2016, 8, 935–940, doi: 10.1038/nchem.2552)। পোরফাইসিনকে পোরফাইরিনের একটি পরিবর্তন হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে, যার ভিতরের চক্রে চারটি নাইট্রোজেন পরমাণু এবং দুটি হাইড্রোজেন পরমাণু রয়েছে। AFM প্রোবের কম্পনগুলি এই হাইড্রোজেনগুলিকে একটি নাইট্রোজেন পরমাণু থেকে অন্যটিতে স্থানান্তর করার জন্য পোরফাইসিন অণুতে পর্যাপ্ত শক্তি স্থানান্তর করে এবং ফলস্বরূপ, এই অণুর একটি "আয়না প্রতিফলন" প্রাপ্ত হয়েছিল (চিত্র 8)।

অপ্রতিরোধ্য লিও গ্রসের নেতৃত্বে দলটিও দেখিয়েছিল যে একটি একক অণুর প্রতিক্রিয়া শুরু করা সম্ভব ছিল - তারা ডিব্রোমোঅ্যানথ্রাসিনকে দশ-সদস্যযুক্ত চক্রীয় ডাইনে পরিণত করেছে (চিত্র 9; প্রকৃতি রসায়ন, 2015, 7, 623–628, doi: 10.1038/nchem.2300)। কুমাগাই এট আলের বিপরীতে, তারা অণু সক্রিয় করতে একটি স্ক্যানিং টানেলিং মাইক্রোস্কোপ ব্যবহার করেছিল এবং প্রতিক্রিয়ার ফলাফল একটি পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপ ব্যবহার করে পর্যবেক্ষণ করা হয়েছিল।

একটি স্ক্যানিং টানেলিং মাইক্রোস্কোপ এবং একটি পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপের সম্মিলিত ব্যবহার এমনকি এমন একটি অণু প্রাপ্ত করাও সম্ভব করেছে যা ক্লাসিক্যাল কৌশল এবং পদ্ধতি ব্যবহার করে সংশ্লেষিত করা যায় না ( প্রকৃতি ন্যানো প্রযুক্তি, 2017, 12, 308–311, doi: 10.1038/nnano.2016.305)। এই ত্রিভুজটি একটি অস্থির সুগন্ধযুক্ত ডিরাডিকাল, যার অস্তিত্ব ছয় দশক আগে ভবিষ্যদ্বাণী করা হয়েছিল, কিন্তু সংশ্লেষণের সমস্ত প্রচেষ্টা ব্যর্থ হয়েছিল (চিত্র 10)। নিকো পাভলিসেকের গ্রুপের রসায়নবিদরা এসটিএম ব্যবহার করে তার পূর্ববর্তী থেকে দুটি হাইড্রোজেন পরমাণু অপসারণ করে এবং AFM ব্যবহার করে সিন্থেটিক ফলাফল নিশ্চিত করে পছন্দসই যৌগটি অর্জন করেছিলেন।

এটা অনুমান করা হয় যে জৈব রসায়নে পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপির প্রয়োগে নিবেদিত কাজের সংখ্যা বাড়তে থাকবে। বর্তমানে, আরও বেশি সংখ্যক বিজ্ঞানী প্রতিক্রিয়ার পৃষ্ঠে পুনরাবৃত্তি করার চেষ্টা করছেন, সুপরিচিত "সমাধান রসায়ন"। কিন্তু সম্ভবত সিন্থেটিক রসায়নবিদরা সমাধানে সেই প্রতিক্রিয়াগুলি পুনরুত্পাদন করতে শুরু করবেন যা মূলত AFM ব্যবহার করে পৃষ্ঠের উপর সঞ্চালিত হয়েছিল।

নির্জীব থেকে জীবন্ত

পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপের ক্যান্টিলিভার এবং প্রোবগুলি কেবল বিশ্লেষণাত্মক অধ্যয়ন বা বহিরাগত অণুর সংশ্লেষণের জন্যই নয়, প্রয়োগ করা সমস্যা সমাধানের জন্যও ব্যবহার করা যেতে পারে। ওষুধে এএফএম ব্যবহারের ঘটনাগুলি ইতিমধ্যেই পরিচিত, উদাহরণস্বরূপ, ক্যান্সারের প্রাথমিক নির্ণয়ের জন্য, এবং এখানে পথপ্রদর্শক হলেন একই ক্রিস্টোফার গারবার, যিনি পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপি এবং এএফএম তৈরির নীতি বিকাশে হাত রেখেছিলেন।

এইভাবে, গারবার মেলানোমাতে রাইবোনিউক্লিক অ্যাসিডের বিন্দু মিউটেশন নির্ধারণ করতে AFM শেখাতে সক্ষম হন (বায়োপসির ফলে প্রাপ্ত উপাদানের উপর)। এটি করার জন্য, একটি পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপের সোনার ক্যান্টিলিভারকে অলিগোনিউক্লিওটাইড দিয়ে সংশোধন করা হয়েছিল যা RNA-এর সাথে আন্তঃআণবিক মিথস্ক্রিয়ায় প্রবেশ করতে পারে এবং এই মিথস্ক্রিয়াটির শক্তি এখনও পাইজোইলেক্ট্রিক প্রভাবের কারণে পরিমাপ করা যেতে পারে। AFM সেন্সরের সংবেদনশীলতা এত বেশি যে এটি ইতিমধ্যে জনপ্রিয় CRISPR-Cas9 জিনোম সম্পাদনা পদ্ধতির কার্যকারিতা অধ্যয়ন করতে ব্যবহৃত হচ্ছে। এটি বিভিন্ন প্রজন্মের গবেষকদের দ্বারা তৈরি প্রযুক্তিগুলিকে একত্রিত করে৷

রাজনৈতিক তত্ত্বগুলির একটির ক্লাসিক ব্যাখ্যা করে, আমরা বলতে পারি যে আমরা ইতিমধ্যে পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপির সীমাহীন সম্ভাবনা এবং অক্ষয়তা দেখতে পাচ্ছি এবং এই প্রযুক্তিগুলির আরও বিকাশের সাথে সামনে কী রয়েছে তা খুব কমই কল্পনা করতে পারি। কিন্তু আজও, স্ক্যানিং টানেলিং মাইক্রোস্কোপ এবং পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপ আমাদের পরমাণু দেখতে এবং তাদের স্পর্শ করার সুযোগ দেয়। আমরা বলতে পারি যে এটি শুধুমাত্র আমাদের চোখের একটি এক্সটেনশন নয়, যা আমাদেরকে পরমাণু এবং অণুর মাইক্রোকসম দেখতে দেয়, তবে নতুন চোখ, নতুন আঙ্গুলগুলি যা এই মাইক্রোকসমকে স্পর্শ করতে পারে এবং এটি নিয়ন্ত্রণ করতে পারে।