Մեկ ատոմի լուսանկարը հաղթել է գիտական ​​լուսանկարչության մրցույթում, և ահա թե ինչպես է դա հնարավոր: Ատոմներ Էլեկտրոնի լուսանկար

Ինչպես գիտեք, Տիեզերքում նյութական ամեն ինչ բաղկացած է ատոմներից: Ատոմը նյութի ամենափոքր միավորն է, որը կրում է իր հատկությունները: Իր հերթին, ատոմի կառուցվածքը կազմված է միկրոմասնիկների կախարդական եռամիասնությունից՝ պրոտոններից, նեյտրոններից և էլեկտրոններից:

Ընդ որում, միկրոմասնիկներից յուրաքանչյուրը ունիվերսալ է։ Այսինքն, դուք չեք կարող գտնել երկու տարբեր պրոտոններ, նեյտրոններ կամ էլեկտրոններ աշխարհում: Նրանք բոլորը բացարձակապես նման են միմյանց։ Իսկ ատոմի հատկությունները կախված կլինեն միայն այդ միկրոմասնիկների քանակական բաղադրությունից ատոմի ընդհանուր կառուցվածքում։

Օրինակ՝ ջրածնի ատոմի կառուցվածքը բաղկացած է մեկ պրոտոնից և մեկ էլեկտրոնից։ Հաջորդ բարդությամբ հելիումի ատոմը կազմված է երկու պրոտոնից, երկու նեյտրոնից և երկու էլեկտրոնից։ Լիթիումի ատոմը կազմված է երեք պրոտոնից, չորս նեյտրոնից և երեք էլեկտրոնից և այլն։

Ատոմների կառուցվածքը (ձախից աջ)՝ ջրածին, հելիում, լիթիում

Ատոմները միանում են մոլեկուլների, իսկ մոլեկուլները՝ նյութերի, հանքանյութերի և օրգանիզմների: ԴՆԹ-ի մոլեկուլը, որը ողջ կյանքի հիմքն է, կառույց է, որը հավաքված է տիեզերքի նույն երեք կախարդական շինարարական բլոկներից, ինչպես ճանապարհին ընկած քարը: Չնայած այս կառուցվածքը շատ ավելի բարդ է։

Նույնիսկ ավելի զարմանալի փաստեր են բացահայտվում, երբ մենք փորձում ենք ավելի մոտիկից նայել ատոմային համակարգի համամասնություններին և կառուցվածքին: Հայտնի է, որ ատոմը բաղկացած է միջուկից և էլեկտրոններից, որոնք շարժվում են նրա շուրջը մի հետագծով, որը նկարագրում է գունդը։ Այսինքն՝ դա նույնիսկ շարժում անվանել բառի սովորական իմաստով։ Էլեկտրոնը ավելի շուտ տեղակայված է ամենուր և անմիջապես այս ոլորտում՝ ստեղծելով էլեկտրոնային ամպ միջուկի շուրջ և ձևավորելով էլեկտրամագնիսական դաշտ:

Ատոմի կառուցվածքի սխեմատիկ ներկայացումներ

Ատոմի միջուկը բաղկացած է պրոտոններից և նեյտրոններից, և համակարգի գրեթե ողջ զանգվածը կենտրոնացած է դրանում։ Բայց միևնույն ժամանակ, միջուկն ինքնին այնքան փոքր է, որ եթե նրա շառավիղը մեծացնեք մինչև 1 սմ մասշտաբի, ապա ատոմի ամբողջ կառուցվածքի շառավիղը կհասնի հարյուրավոր մետրերի: Այսպիսով, այն ամենը, ինչ մենք ընկալում ենք որպես խիտ նյութ, բաղկացած է միայն ֆիզիկական մասնիկների միջև էներգետիկ կապերի ավելի քան 99%-ից և բուն ֆիզիկական ձևերի 1%-ից պակասից:

Բայց որո՞նք են այդ ֆիզիկական ձևերը: Ինչի՞ց են դրանք պատրաստված և ի՞նչ նյութական են։ Այս հարցերին պատասխանելու համար եկեք ավելի մանրամասն նայենք պրոտոնների, նեյտրոնների և էլեկտրոնների կառուցվածքներին։ Այսպիսով, մենք իջնում ​​ենք ևս մեկ քայլ դեպի միկրոտիեզերքի խորքերը՝ մինչև ենթաատոմային մասնիկների մակարդակը:

Ինչից է կազմված էլեկտրոնը:

Ատոմի ամենափոքր մասնիկը էլեկտրոնն է։ Էլեկտրոնն ունի զանգված, բայց չունի ծավալ։ Գիտական ​​տեսանկյունից էլեկտրոնը ոչ մի բանից չի կազմված, այլ անկառույց կետ է։

Էլեկտրոնը չի կարելի տեսնել մանրադիտակի տակ: Այն նկատվում է միայն էլեկտրոնային ամպի տեսքով, որը նման է ատոմի միջուկի շուրջը գտնվող անորոշ գնդի։ Միևնույն ժամանակ, անհնար է ճշգրիտ ասել, թե որտեղ է գտնվում էլեկտրոնը ժամանակի մի պահի։ Սարքերը ունակ են որսալ ոչ թե բուն մասնիկը, այլ միայն դրա էներգիայի հետքը։ Էլեկտրոնի էությունը ներառված չէ նյութ հասկացության մեջ։ Այն ավելի շուտ նման է դատարկ ձևի, որը գոյություն ունի միայն շարժման մեջ և միջոցով:

Էլեկտրոնի մեջ դեռ ոչ մի կառուցվածք չի հայտնաբերվել։ Դա նույն կետային մասնիկն է, ինչ էներգիայի քվանտը։ Փաստորեն, էլեկտրոնը էներգիա է, սակայն սա նրա ավելի կայուն ձևն է, քան այն, որը ներկայացված է լույսի ֆոտոններով:

Այս պահին էլեկտրոնը համարվում է անբաժանելի։ Սա հասկանալի է, քանի որ անհնար է բաժանել մի բան, որը ծավալ չունի։ Այնուամենայնիվ, տեսության մեջ արդեն կան զարգացումներ, ըստ որոնց էլեկտրոնի բաղադրությունը պարունակում է այնպիսի քվազիմասնիկների երրորդություն, ինչպիսիք են.

• Orbiton - պարունակում է տեղեկատվություն էլեկտրոնի ուղեծրային դիրքի մասին.
• Spinon - պատասխանատու է պտտման կամ պտտման համար;
• Հոլոն - կրում է տեղեկատվություն էլեկտրոնի լիցքի մասին:

Սակայն, ինչպես տեսնում ենք, քվազիմասնիկները նյութի հետ բացարձակապես ոչ մի ընդհանուր բան չունեն և կրում են միայն տեղեկատվություն։

Տարբեր նյութերի ատոմների լուսանկարները էլեկտրոնային մանրադիտակում

Հետաքրքիր է, որ էլեկտրոնը կարող է կլանել էներգիայի քվանտաները, ինչպիսիք են լույսը կամ ջերմությունը: Այս դեպքում ատոմը տեղափոխվում է էներգիայի նոր մակարդակ, և էլեկտրոնային ամպի սահմաններն ընդլայնվում են։ Պատահում է նաև, որ էլեկտրոնի կողմից կլանված էներգիան այնքան մեծ է, որ այն կարող է դուրս թռչել ատոմային համակարգից և շարունակել իր շարժումը որպես անկախ մասնիկ։ Միևնույն ժամանակ, այն իրեն պահում է լույսի ֆոտոնի պես, այսինքն՝ թվում է, թե դադարում է մասնիկ լինել և սկսում է դրսևորել ալիքի հատկություններ։ Սա ապացուցվել է փորձի միջոցով։

Յանգի փորձը

Փորձի ընթացքում էլեկտրոնների հոսքը ուղղվեց էկրանի վրա, որի մեջ կտրված էին երկու ճեղքեր: Անցնելով այս ճեղքերով՝ էլեկտրոնները բախվեցին մեկ այլ պրոյեկցիոն էկրանի մակերեսին՝ թողնելով իրենց հետքը դրա վրա։ Էլեկտրոնների կողմից այս «ռմբակոծության» արդյունքում պրոյեկցիոն էկրանին հայտնվեց միջամտության օրինաչափություն, որը նման էր նրան, որը կհայտնվեր, եթե ալիքները, բայց ոչ մասնիկներն անցնեին երկու ճեղքերով։

Նման օրինաչափությունը տեղի է ունենում այն ​​պատճառով, որ ալիքը, անցնելով երկու անցքերի միջև, բաժանված է երկու ալիքի: Հետագա շարժման արդյունքում ալիքները համընկնում են միմյանց, իսկ որոշ հատվածներում դրանք ջնջում են միմյանց։ Արդյունքում, պրոյեկցիոն էկրանի վրա մենք ստանում ենք բազմաթիվ գծեր՝ մեկի փոխարեն, ինչպես դա կլիներ, եթե էլեկտրոնն իրեն պահեր որպես մասնիկ։

Ատոմի միջուկի կառուցվածքը՝ պրոտոններ և նեյտրոններ

Պրոտոններն ու նեյտրոնները կազմում են ատոմի միջուկը։ Եվ չնայած այն հանգամանքին, որ ընդհանուր ծավալում միջուկը զբաղեցնում է 1%-ից պակաս, հենց այս կառուցվածքում է կենտրոնացված համակարգի գրեթե ողջ զանգվածը։ Բայց պրոտոնների և նեյտրոնների կառուցվածքի հաշվին ֆիզիկոսների կարծիքները բաժանված են, և այս պահին միանգամից երկու տեսություն կա.

• Տեսություն #1 - Ստանդարտ

Ստանդարտ մոդելն ասում է, որ պրոտոններն ու նեյտրոնները կազմված են երեք քվարկներից, որոնք միացված են գլյուոնների ամպով։ Քվարկները կետային մասնիկներ են, ինչպես քվանտաններն ու էլեկտրոնները։ Իսկ գլյուոնները վիրտուալ մասնիկներ են, որոնք ապահովում են քվարկների փոխազդեցությունը։ Այնուամենայնիվ, բնության մեջ ոչ քվարկներ, ոչ գլյուոններ չեն հայտնաբերվել, ուստի այս մոդելը ենթարկվում է խիստ քննադատության:

• Տեսություն #2 - Այլընտրանք

Սակայն Էյնշտեյնի կողմից մշակված այլընտրանքային միասնական դաշտի տեսության համաձայն՝ պրոտոնը, ինչպես նեյտրոնը, ինչպես ֆիզիկական աշխարհի ցանկացած այլ մասնիկ, լույսի արագությամբ պտտվող էլեկտրամագնիսական դաշտ է։

Մարդու և մոլորակի էլեկտրամագնիսական դաշտերը

Որո՞նք են ատոմի կառուցվածքի սկզբունքները:

Աշխարհում ամեն ինչ՝ նուրբ և խիտ, հեղուկ, պինդ և գազային, ընդամենը անհամար դաշտերի էներգետիկ վիճակներն են, որոնք թափանցում են Տիեզերքի տարածությունը: Որքան բարձր է էներգիայի մակարդակը դաշտում, այնքան այն ավելի բարակ է և ավելի քիչ ընկալելի: Որքան ցածր է էներգիայի մակարդակը, այնքան այն ավելի կայուն և շոշափելի է: Ատոմի կառուցվածքում, ինչպես նաև Տիեզերքի ցանկացած այլ միավորի կառուցվածքում, կայանում է այնպիսի դաշտերի փոխազդեցությունը, որոնք տարբերվում են էներգիայի խտությամբ: Պարզվում է, որ նյութը միայն մտքի պատրանք է։

Ատոմը (հունարեն «անբաժանելի» բառից) ժամանակին նյութի մանրադիտակային չափերի ամենափոքր մասնիկն է, քիմիական տարրի ամենափոքր մասնիկը, որն ունի իր հատկությունները։ Ատոմի բաղադրիչները՝ պրոտոնները, նեյտրոնները, էլեկտրոնները, այլևս չունեն այդ հատկությունները և միասին կազմում են դրանք։ Կովալենտ ատոմները կազմում են մոլեկուլներ։ Գիտնականներն ուսումնասիրում են ատոմի առանձնահատկությունները, և թեև դրանք արդեն բավականին լավ ուսումնասիրված են, նրանք հնարավորությունը բաց չեն թողնում նոր բան գտնելու, մասնավորապես՝ նոր նյութերի և նոր ատոմների ստեղծման ոլորտում (շարունակելով պարբերական աղյուսակը): Ատոմի զանգվածի 99,9%-ը գտնվում է միջուկում։

Մի վախեցեք վերնագրից. Սև խոռոչը, որը պատահաբար ստեղծվել է National Accelerator Laboratory SLAC-ի աշխատակիցների կողմից, պարզվել է, որ ունի ընդամենը մեկ ատոմ, ուստի մեզ ոչինչ չի սպառնում։ Իսկ «սև խոռոչ» անվանումը միայն հեռակա է նկարագրում հետազոտողների կողմից նկատված երեւույթը։ Մենք ձեզ բազմիցս պատմել ենք աշխարհի ամենահզոր ռենտգեն լազերի մասին, որը կոչվում է

Այնուամենայնիվ, լուսանկարել ատոմը, և ոչ թե դրա որևէ մասը, չափազանց բարդ խնդիր էր նույնիսկ ամենաբարձր տեխնոլոգիական սարքերով:

Փաստն այն է, որ քվանտային մեխանիկայի օրենքների համաձայն, անհնար է հավասարապես ճշգրիտ որոշել ենթաատոմային մասնիկի բոլոր հատկությունները: Տեսական ֆիզիկայի այս բաժինը կառուցված է Հայզենբերգի անորոշության սկզբունքի վրա, որն ասում է, որ անհնար է չափել մասնիկի կոորդինատներն ու իմպուլսը նույն ճշգրտությամբ. մի հատկության ճշգրիտ չափումները, անշուշտ, կփոխեն մյուսի մասին տվյալները:

Ուստի, տեղանքը (մասնիկների կոորդինատները) որոշելու փոխարեն քվանտային տեսությունն առաջարկում է չափել այսպես կոչված ալիքային ֆունկցիան։

Ալիքային ֆունկցիան աշխատում է մոտավորապես այնպես, ինչպես ձայնային ալիքը: Միակ տարբերությունն այն է, որ ձայնային ալիքի մաթեմատիկական նկարագրությունը որոշում է օդում մոլեկուլների շարժումը որոշակի վայրում, իսկ ալիքային ֆունկցիան նկարագրում է մասնիկի այս կամ այն ​​վայրում հայտնվելու հավանականությունը Շրյոդինգերի հավասարման համաձայն։

Ալիքի ֆունկցիայի չափումը նույնպես հեշտ չէ (ուղղակի դիտարկումները հանգեցնում են դրա փլուզմանը), սակայն տեսական ֆիզիկոսները կարող են մոտավորապես կանխատեսել դրա արժեքները։

Հնարավոր է փորձնականորեն չափել ալիքի ֆունկցիայի բոլոր պարամետրերը միայն այն դեպքում, եթե այն հավաքվել է ատոմների կամ մոլեկուլների միանգամայն նույնական համակարգերի վրա կատարված առանձին կործանարար չափումներից:

Հոլանդացի ֆիզիկոսներ գիտահետազոտական ​​ինստիտուտ AMOLF-ը ներկայացրել է նոր մեթոդ, որը ոչ մի «վերակառուցում» չի պահանջում և իր աշխատանքի արդյունքները հրապարակել է Physical Review Letters ամսագրում։ Նրանց մեթոդաբանությունը հիմնված է երեք խորհրդային տեսական ֆիզիկոսների 1981 թվականի վարկածի, ինչպես նաև ավելի նոր հետազոտությունների վրա։

Փորձի ընթացքում գիտնականների թիմը երկու լազերային ճառագայթներ ուղղեց հատուկ խցիկում տեղադրված ջրածնի ատոմներին։ Նման ազդեցության արդյունքում էլեկտրոնները թողեցին իրենց ուղեծրերը այն արագությամբ և ուղղությամբ, որը որոշվում էր նրանց ալիքային ֆունկցիաներով։ Ուժեղ էլեկտրական դաշտը խցիկում, որտեղ գտնվում էին ջրածնի ատոմները, էլեկտրոններ ուղարկեց հարթ (հարթ) դետեկտորի որոշ հատվածներ։

Դետեկտորին բախվող էլեկտրոնների դիրքը որոշվել է դրանց սկզբնական արագությամբ, այլ ոչ թե խցիկում նրանց դիրքով: Այսպիսով, դետեկտորի վրա էլեկտրոնների բաշխումը գիտնականներին պատմեց այս մասնիկների ալիքային ֆունկցիայի մասին, որը նրանք ունեին ջրածնի ատոմի միջուկի շուրջ ուղեծրից դուրս գալու ժամանակ։

Էլեկտրոնների շարժումները ցուցադրվել են ֆոսֆորեսցենտ էկրանի վրա՝ մուգ և բաց օղակների տեսքով, որոնք գիտնականները լուսանկարել են բարձր լուծաչափով թվային տեսախցիկով։

«Մենք շատ գոհ ենք մեր արդյունքներից։ Քվանտային մեխանիկաայնքան քիչ կապ ունի մարդկանց առօրյայի հետ, որ հազիվ թե որևէ մեկի մտքով անցներ ստանալ ատոմի քվանտային փոխազդեցությունների իրական լուսանկար»,- ասում է հետազոտության գլխավոր հեղինակ Անետա Ստոդոլնան: Նա նաև պնդում է, որ մշակված տեխնիկան կարող է ունենալ. գործնական օգտագործում, օրինակ՝ ատոմի չափ հաստ հաղորդիչներ ստեղծելու համար, մոլեկուլային մետաղալարերի տեխնոլոգիայի մշակումը, որը զգալիորեն կբարելավի ժամանակակից էլեկտրոնային սարքերը։

«Հատկանշական է, որ փորձն իրականացվել է ջրածնի վրա, որը մեր Տիեզերքի և՛ ամենապարզ, և՛ ամենատարածված նյութն է: Պետք է հասկանալ՝ արդյոք այս տեխնիկան կարող է կիրառվել ավելի բարդ ատոմների վրա: Եթե այո, ապա սա մեծ առաջընթաց, որը թույլ կտա մեզ զարգացնել ոչ միայն էլեկտրոնիկան, այլև նանոտեխնոլոգիան»,- ասում է Ջեֆ Լունդին Օտտավայի համալսարանից, ով չի մասնակցել հետազոտությանը:

Սակայն իրենք՝ գիտնականները, ովքեր անցկացրել են փորձը, չեն մտածում հարցի գործնական կողմի մասին։ Նրանք կարծում են, որ իրենց հայտնագործությունը առաջին հերթին վերաբերում է հիմնարար գիտությանը, որը կօգնի ավելի շատ գիտելիքներ փոխանցել ֆիզիկոսների ապագա սերունդներին։

ԱՄՆ-ից ֆիզիկոսներին հաջողվել է առանձին ատոմներ ֆիքսել ռեկորդային լուծաչափով լուսանկարում, հայտնում է Day.Az-ը՝ Vesti.ru-ին հղումով։

ԱՄՆ-ի Կոռնելի համալսարանի գիտնականներին հաջողվել է առանձին ատոմներ նկարել կես անգստրոմից (0,39 Å) ռեկորդային թույլատրությամբ լուսանկարում: Նախորդ լուսանկարներն ունեին թույլատրելիության կեսը՝ 0,98 Å:

Հզոր էլեկտրոնային մանրադիտակները, որոնք կարող են տեսնել ատոմները, գոյություն ունեն արդեն կես դար, սակայն դրանց լուծումը սահմանափակվում է տեսանելի լույսի երկար ալիքի երկարությամբ, որն ավելի մեծ է, քան միջին ատոմի տրամագիծը:

Հետևաբար, գիտնականներն օգտագործում են ոսպնյակների մի տեսակ անալոգ, որոնք կենտրոնացնում և մեծացնում են պատկերը էլեկտրոնային մանրադիտակներում՝ դրանք մագնիսական դաշտ են: Այնուամենայնիվ, մագնիսական դաշտի տատանումները խեղաթյուրում են արդյունքը: Աղավաղումները հեռացնելու համար օգտագործվում են լրացուցիչ սարքեր, որոնք ուղղում են մագնիսական դաշտը, բայց միևնույն ժամանակ մեծացնում են էլեկտրոնային մանրադիտակի դիզայնի բարդությունը։

Նախկինում Կոռնելի համալսարանի ֆիզիկոսները մշակել էին Էլեկտրոնային մանրադիտակի պիքսելային զանգվածի դետեկտորը (EMPAD)՝ փոխարինելու համար։ բարդ համակարգգեներատորներ, որոնք կենտրոնացնում են մուտքային էլեկտրոնները մեկ փոքր մատրիցով՝ 128x128 պիքսել լուծաչափով, զգայուն առանձին էլեկտրոնների նկատմամբ։ Յուրաքանչյուր պիքսել գրանցում է էլեկտրոնի անդրադարձման անկյունը. Իմանալով դա՝ գիտնականները, օգտագործելով պտիիկոգրաֆիայի տեխնիկան, վերակառուցում են էլեկտրոնների բնութագրերը, ներառյալ այն կետի կոորդինատները, որտեղից դրանք արձակվել են:

Ատոմները ամենաբարձր լուծաչափով

David A. Muller et al. Բնություն, 2018 թ.

2018 թվականի ամռանը ֆիզիկոսները որոշեցին բարելավել ստացված պատկերների որակը մինչև օրս ռեկորդային լուծաչափով: Գիտնականները շարժական փնջի վրա ամրացրել են 2D նյութի թերթիկ՝ մոլիբդենի սուլֆիդ MoS2, և արձակել էլեկտրոնային ճառագայթներ՝ ճառագայթը տարբեր անկյուններից շրջելով դեպի էլեկտրոնային աղբյուրը: EMPAD-ի և ptyicography-ի միջոցով գիտնականները որոշել են մոլիբդենի առանձին ատոմների միջև եղած հեռավորությունները և ստացել 0,39 Å ռեկորդային թույլատրությամբ պատկեր:

«Իրականում մենք ստեղծել ենք աշխարհի ամենափոքր քանոնը»,- բացատրում է փորձի հեղինակներից Սոլ Գրուները (Sol Gruner): Ստացված պատկերում հնարավոր է եղել տեսնել 0,39 Å ռեկորդային թույլատրությամբ ծծմբի ատոմներ։ Ավելին, մեզ նույնիսկ հաջողվեց տեսնել այն վայրը, որտեղ բացակայում է այդպիսի մեկ ատոմ (նշված է սլաքով):

Ծծմբի ատոմները ռեկորդային լուծաչափով

Տրուրլը սկսեց բռնել ատոմները՝ դրանցից էլեկտրոններ քերելով, պրոտոններ հունցել, որպեսզի միայն նրա մատները փայլեն, պատրաստեց պրոտոնային խմոր, դրեց էլեկտրոններ դրա շուրջը և հաջորդ ատոմի համար. Հինգ րոպե էլ չէր անցել, երբ նա իր ձեռքերում պահեց մաքուր ոսկու ձուլակտորը. նա տվեց այն իր դնչին, բայց նա, ճաշակելով ատամի ձողը և գլխով անելով, ասաց.
-Եվ իսկապես ոսկի, բայց ես այդպես չեմ կարող ատոմների հետապնդել։ Ես չափազանց մեծ եմ:
- Ոչինչ, մենք ձեզ հատուկ ապարատ կտանք: Տրուրլը համոզեց նրան։

Ստանիսլավ Լեմ, Կիբերիադ

Հնարավո՞ր է արդյոք մանրադիտակով տեսնել ատոմը, այն տարբերել մեկ այլ ատոմից, հետևել քիմիական կապի քայքայմանը կամ ձևավորմանը և տեսնել, թե ինչպես է մի մոլեկուլը վերածվում մյուսի։ Այո, եթե դա ոչ թե պարզ մանրադիտակ է, այլ ատոմային ուժի: Եվ դուք կարող եք և չսահմանափակվել միայն դիտարկմամբ: Մենք ապրում ենք մի ժամանակաշրջանում, երբ ատոմային ուժային մանրադիտակը դադարել է պարզապես պատուհան լինել դեպի միկրոաշխարհ: Այսօր այս գործիքը կարող է օգտագործվել ատոմները տեղափոխելու, քիմիական կապերը կոտրելու, առանձին մոլեկուլների ձգվող սահմանը ուսումնասիրելու և նույնիսկ մարդու գենոմը ուսումնասիրելու համար:

Նամակներ քսենոնային պիքսելներից

Ատոմները հաշվի առնելը միշտ չէ, որ այդքան հեշտ է եղել: Ատոմային ուժի մանրադիտակի պատմությունը սկսվել է 1979 թվականին, երբ Գերդ Կառլ Բինիգը և Հենրիխ Ռորերը, աշխատելով Ցյուրիխի IBM հետազոտական ​​կենտրոնում, սկսեցին ստեղծել մի գործիք, որը թույլ կտա ուսումնասիրել ատոմային լուծաչափով մակերեսները: Նման սարք ստեղծելու համար գիտնականները որոշել են օգտագործել թունելային անցումային էֆեկտը՝ էլեկտրոնների՝ անթափանց թվացող խոչընդոտները հաղթահարելու կարողությունը: Գաղափարն այն էր, որ որոշվի ատոմների դիրքը նմուշում՝ չափելով թունելային հոսանքի ուժգնությունը, որը տեղի է ունենում սկանավորող զոնդի և ուսումնասիրվող մակերեսի միջև:

Բինիգին և Ռորերին հաջողվեց, և նրանք պատմության մեջ մնացին որպես սկանավորող թունելային մանրադիտակի (STM) գյուտարարներ, իսկ 1986 թվականին ստացան ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակ: Սկանավորող թունելային մանրադիտակը իսկական հեղափոխություն է կատարել ֆիզիկայում և քիմիայում:

1990 թվականին Դոն Էյգլերը և Էրհարդ Շվեյցերը, որոնք աշխատում էին Կալիֆորնիայի IBM հետազոտական ​​կենտրոնում, ցույց տվեցին, որ STM-ը կարող է օգտագործվել ոչ միայն ատոմները դիտարկելու, այլև դրանք շահարկելու համար։ Օգտագործելով սկանավորող թունելային մանրադիտակի զոնդը՝ նրանք ստեղծեցին թերևս ամենահայտնի պատկերը, որը խորհրդանշում է քիմիկոսների անցումը առանձին ատոմների հետ աշխատանքին. նրանք երեք տառ են նկարել նիկելի մակերեսի վրա 35 քսենոնի ատոմներով (նկ. 1):

Բիննիգը չէր հանգստանում իր դափնիների վրա՝ ստացման տարում Նոբելյան մրցանակՔրիստոֆեր Գերբերի և Քելվին Քուեյթի հետ, նույնպես IBM Ցյուրիխի հետազոտական ​​կենտրոնում, նա սկսեց աշխատել միկրոաշխարհն ուսումնասիրող մեկ այլ սարքի վրա՝ զուրկ STM-ին բնորոշ թերություններից: Բանն այն է, որ սկանավորող թունելային մանրադիտակի միջոցով անհնար էր ուսումնասիրել դիէլեկտրական մակերեսները, այլ միայն հաղորդիչներն ու կիսահաղորդիչները, իսկ վերջիններս վերլուծելու համար պետք էր զգալի սակավություն ստեղծել դրանց և մանրադիտակի զոնդի միջև։ Հասկանալով, որ ավելի հեշտ է ստեղծել նոր սարք, քան արդիականացնել գոյություն ունեցողը, Բինիգը, Գերբերը և Քուեյթը հայտնագործեցին ատոմային ուժի մանրադիտակը կամ AFM: Նրա գործողության սկզբունքը արմատապես տարբեր է. մակերեսի մասին տեղեկատվություն ստանալու համար չափվում է ոչ թե մանրադիտակի զոնդի և հետազոտվող նմուշի միջև առկա ուժը, այլ դրանց միջև առաջացող ձգողական ուժերի արժեքը, այն է՝ թույլ ոչ քիմիական փոխազդեցություններ՝ վան դեր Վալսի ուժեր։

AFM-ի առաջին աշխատանքային մոդելը համեմատաբար պարզ էր։ Հետազոտողները նմուշի մակերևույթի վրայով տեղափոխեցին ադամանդե զոնդ, որը միացված էր ճկուն միկրոմեխանիկական սենսորին` ոսկե փայլաթիթեղի հենարանին (զոնդի և ատոմի միջև առաջանում է ձգում, կախոցը թեքվում է կախված ձգողականության ուժից և դեֆորմացնում է պիեզոէլեկտրիկը): Կանթիլի ճկման աստիճանը որոշվել է պիեզոէլեկտրական սենսորների միջոցով. նման կերպ վինիլային ձայնագրության ակոսներն ու ծայրերը վերածվում են աուդիո ձայնագրության: Ատոմային ուժային մանրադիտակի նախագծումը թույլ տվեց նրան հայտնաբերել գրավիչ ուժեր մինչև 10–18 նյուտոն։ Աշխատանքային նախատիպի ստեղծումից մեկ տարի անց հետազոտողներին հաջողվել է ստանալ 2,5 անգստրոմ թույլատրությամբ գրաֆիտի մակերեսային տեղագրության պատկեր։

Դրանից հետո անցած երեք տասնամյակում AFM-ն օգտագործվել է գրեթե ցանկացած քիմիական օբյեկտ ուսումնասիրելու համար՝ կերամիկական նյութի մակերեսից մինչև կենդանի բջիջներ և առանձին մոլեկուլներ, ինչպես ստատիկ, այնպես էլ դինամիկ վիճակում: Ատոմային ուժի մանրադիտակը դարձել է քիմիկոսների և նյութերագետների աշխատասեղանը, և այն աշխատանքների թիվը, որոնցում կիրառվում է այս մեթոդը, անընդհատ աճում է (նկ. 2):

Տարիների ընթացքում հետազոտողները պայմաններ են ընտրել ատոմային ուժի մանրադիտակի միջոցով առարկաների ինչպես կոնտակտային, այնպես էլ ոչ կոնտակտային ուսումնասիրության համար: Վերևում նկարագրված կոնտակտային մեթոդը հիմնված է վան դեր Վաալսի փոխազդեցության վրա, որը գտնվում է կոնսերտի և մակերեսի միջև: Ոչ կոնտակտային ռեժիմում աշխատելիս պիեզովիբրատորը գրգռում է զոնդի տատանումները որոշակի հաճախականությամբ (առավել հաճախ ռեզոնանսային): Մակերեւույթից ազդող ուժը հանգեցնում է նրան, որ փոխվում են զոնդի տատանումների թե՛ ամպլիտուդը, թե՛ փուլը։ Չնայած ոչ կոնտակտային մեթոդի որոշ թերություններին (առաջին հերթին արտաքին աղմուկի նկատմամբ զգայունությունը), հենց այս մեթոդն է, որը բացառում է հետազոտվող օբյեկտի վրա զոնդի ազդեցությունը և, հետևաբար, ավելի հետաքրքիր է քիմիկոսների համար:

Կենդանի է զոնդերի վրա՝ հետապնդելով կապերը

Ատոմային ուժային մանրադիտակը դարձել է ոչ կոնտակտային 1998 թվականին Բինինգի աշակերտ Ֆրանց Յոզեֆ Գիսիբլի աշխատանքի շնորհիվ։ Նա էր, ով առաջարկեց օգտագործել կայուն հաճախականության քվարցային հղման տատանիչ որպես հենարան։ 11 տարի անց Ցյուրիխի IBM լաբորատորիայի հետազոտողները ձեռնարկեցին ոչ կոնտակտային AFM-ի մեկ այլ փոփոխություն. զոնդ-սենսորի դերը կատարում էր ոչ թե սուր ադամանդի բյուրեղը, այլ մեկ մոլեկուլը՝ ածխածնի երկօքսիդը: Սա հնարավորություն տվեց անցնել ենթաատոմային լուծման, ինչպես ցույց տվեց Լեո Գրոսը IBM-ի Ցյուրիխի ստորաբաժանումից: 2009 թվականին AFM-ի օգնությամբ նա տեսանելի դարձրեց ոչ թե ատոմները, այլ քիմիական կապերը՝ ստանալով բավականին պարզ և միանշանակ ընթեռնելի «նկար» պենտացենի մոլեկուլի համար (նկ. 3; Գիտություն, 2009, 325, 5944, 1110–1114, doi: 10.1126/science.1176210):

Համոզված լինելով, որ քիմիական կապը կարելի է տեսնել AFM-ի հետ՝ Լեո Գրոսը որոշեց ավելի հեռուն գնալ և օգտագործել ատոմային ուժի մանրադիտակը՝ կապերի երկարությունն ու կարգերը չափելու համար՝ քիմիական կառուցվածքը և, հետևաբար, նյութերի հատկությունները հասկանալու հիմնական պարամետրերը:

Հիշեցնենք, որ կապերի կարգերի տարբերությունը ցույց է տալիս տարբեր էլեկտրոնների խտություններ և տարբեր միջատոմային հեռավորություններ երկու ատոմների միջև (պարզ բառերով ասած՝ կրկնակի կապն ավելի կարճ է, քան մեկ կապը): Էթանում ածխածին-ածխածին կապի կարգը մեկ է, էթիլենում՝ երկու, իսկ դասական անուշաբույր մոլեկուլում՝ բենզոլում, ածխածին-ածխածին կապի կարգը մեկից մեծ է, բայց երկուսից պակաս և համարվում է 1,5։

Կապի կարգի որոշումը շատ ավելի դժվար է, երբ պարզ անուշաբույր համակարգերից անցնում ենք հարթ կամ մեծածավալ պոլիխտացված օղակաձև համակարգերի: Այսպիսով, ֆուլերեններում կապերի կարգը, որը բաղկացած է խտացված հինգ և վեց անդամներից բաղկացած ածխածնի ցիկլերից, կարող է վերցնել մեկից երկուսի ցանկացած արժեք: Նույն անորոշությունը տեսականորեն վերաբերում է պոլիցիկլիկ արոմատիկ միացություններին։

2012 թվականին Լեո Գրոսը Ֆաբիան Մոնի հետ միասին ցույց տվեց, որ ատոմային ուժի մանրադիտակը մետաղական ոչ կոնտակտային զոնդով, փոփոխված ածխածնի օքսիդով, կարող է չափել ատոմների և միջատոմային հեռավորությունների միջև լիցքերի բաշխման տարբերությունները, այսինքն՝ կապի կարգի հետ կապված պարամետրերը։ ( Գիտություն, 2012, 337, 6100, 1326–1329, doi: 10.1126/science.1225621):

Դա անելու համար նրանք ուսումնասիրեցին ֆուլերենի երկու տեսակի քիմիական կապեր՝ ածխածին-ածխածին կապ, որը տարածված է C 60 ֆուլլերենի երկու վեցանդամ ածխածին պարունակող ցիկլերի համար և ածխածին-ածխածին կապ, որը ընդհանուր է հինգ և վեց անդամի համար։ ցիկլեր. Ատոմային ուժի մանրադիտակը ցույց տվեց, որ վեց անդամ օղակների խտացումը հանգեցնում է կապի, որն ավելի կարճ է և ավելի բարձր կարգի, քան C 6 և C 5 ցիկլային բեկորների խտացումը: Քիմիական կապի առանձնահատկությունների ուսումնասիրությունը hexabenzocoronene-ում, որտեղ ևս վեց C6 ցիկլեր սիմետրիկորեն տեղակայված են C 6 կենտրոնական ցիկլի շուրջ, հաստատեցին քվանտային քիմիական մոդելավորման արդյունքները, ըստ որոնց կապի կարգը. N-N կենտրոնօղակներ (նկ. 4-ում տառ ես) պետք է լինի ավելի մեծ, քան այն կապերը, որոնք միավորում են այս օղակը ծայրամասային ցիկլերի հետ (նկ. 4-ում, տառը ժ) Նմանատիպ արդյունքներ են ստացվել նաև ավելի բարդ բազմացիկլիկ անուշաբույր ածխաջրածնի համար, որը պարունակում է ինը վեցանդամ օղակներ։

Կապերի կարգերը և միջատոմային հեռավորությունները, իհարկե, հետաքրքրում էին օրգանական քիմիկոսներին, բայց դա ավելի կարևոր էր նրանց համար, ովքեր զբաղվում էին քիմիական կապերի տեսությամբ, ռեակտիվության կանխատեսմամբ և քիմիական ռեակցիաների մեխանիզմների ուսումնասիրությամբ։ Այնուամենայնիվ, և՛ սինթետիկ քիմիկոսները, և՛ բնական միացությունների կառուցվածքի ուսումնասիրության մասնագետները անակնկալի եկան. պարզվեց, որ ատոմային ուժի մանրադիտակը կարող է օգտագործվել մոլեկուլների կառուցվածքը հաստատելու համար այնպես, ինչպես NMR կամ IR սպեկտրոսկոպիան: Ավելին, այն տալիս է միանշանակ պատասխան այն հարցերի, որոնց հետ այս մեթոդները չեն կարողանում հաղթահարել:

Լուսանկարչությունից մինչև կինո

2010 թվականին նույն Լեո Գրոսը և Ռայներ Էբելը կարողացան միանշանակորեն հաստատել բակտերիայից մեկուսացված բնական միացության՝ ցեֆալանդոլ Ա-ի կառուցվածքը։ Dermacoccus abyssi(Բնության քիմիա, 2010, 2, 821–825, doi: 10.1038/nchem.765): Ցեֆալանդոլ Ա-ի բաղադրությունը նախկինում որոշվել էր զանգվածային սպեկտրոմետրիայի միջոցով, սակայն այս միացության NMR սպեկտրների վերլուծությունը միանշանակ պատասխան չտվեց դրա կառուցվածքի հարցին. հնարավոր էր չորս տարբերակ: Օգտագործելով ատոմային ուժի մանրադիտակ՝ հետազոտողները անմիջապես բացառեցին չորս կառույցներից երկուսը և ճիշտ ընտրություն կատարեցին մնացած երկուսի մեջ՝ համեմատելով AFM-ի և քվանտային քիմիական մոդելավորման միջոցով ստացված արդյունքները: Առաջադրանքը բարդ է ստացվել. ի տարբերություն պենտացենի, ֆուլերենի և կորոնենների, ցեֆալանդոլ A-ն պարունակում է ոչ միայն ածխածնի և ջրածնի ատոմներ, բացի այդ, այս մոլեկուլը չունի համաչափության հարթություն (նկ. 5), բայց այս խնդիրը նույնպես լուծվել է։

Հետագա հաստատումը, որ ատոմային ուժի մանրադիտակը կարող է օգտագործվել որպես վերլուծական գործիք, ստացվել է Օսկար Կուստանցի խմբից, այնուհետև Օսակայի համալսարանի ճարտարագիտական ​​դպրոցում: Նա ցույց տվեց, թե ինչպես, օգտագործելով AFM, տարբերել ատոմները, որոնք շատ ավելի քիչ են տարբերվում միմյանցից, քան ածխածինը և ջրածինը ( Բնություն, 2007, 446, 64–67, doi: 10.1038/nature05530): Կուստանցը ուսումնասիրել է սիլիցիումից, անագից և կապարից բաղկացած համաձուլվածքի մակերեսը՝ յուրաքանչյուր տարրի հայտնի պարունակությամբ: Բազմաթիվ փորձերի արդյունքում նա պարզել է, որ ուժը, որն առաջանում է AFM զոնդի ծայրի և տարբեր ատոմների միջև, տարբերվում է (նկ. 6)։ Օրինակ՝ ամենաուժեղ փոխազդեցությունը նկատվել է սիլիցիումի զոնդավորման ժամանակ, իսկ ամենաթույլ փոխազդեցությունը՝ կապարի զոնդավորման ժամանակ։

Ենթադրվում է, որ ապագայում առանձին ատոմների ճանաչման համար ատոմային ուժային մանրադիտակի արդյունքները կմշակվեն այնպես, ինչպես NMR-ի արդյունքները՝ հարաբերական արժեքների համեմատությամբ: Քանի որ սենսորի ասեղի ճշգրիտ կազմը դժվար է վերահսկել, սենսորի և մակերևույթի տարբեր ատոմների միջև ուժի բացարձակ արժեքը կախված է փորձարարական պայմաններից և սարքի ապրանքանիշից, սակայն այդ ուժերի հարաբերակցությունը ցանկացած կազմի և ձևի համար: սենսորը մնում է հաստատուն յուրաքանչյուր քիմիական տարրի համար:

2013 թվականին հայտնվեցին AFM-ի օգտագործման առաջին օրինակները՝ քիմիական ռեակցիաներից առաջ և հետո առանձին մոլեկուլների պատկերներ ստանալու համար. Գիտություն, 2013, 340, 6139, 1434–1437; doi՝ 10.1126/science.1238187):

Ֆելիքս Ֆիշերը և Բերկլիի Կալիֆոռնիայի համալսարանի Մայքլ Քրոմին մակերեսին արծաթ են քսել 1,2-բիս[(2-էթինիլֆենիլ)էթինիլ]բենզոլ, պատկերեց մոլեկուլները և տաքացրեց մակերեսը՝ ցիկլացումը սկսելու համար: Բնօրինակ մոլեկուլների կեսը վերածվել է պոլիցիկլիկ անուշաբույր կառուցվածքների, որոնք բաղկացած են միաձուլված հինգ վեցանդամ և երկու հինգանդամ օղակներից։ Մոլեկուլների մեկ քառորդը ձևավորեց կառուցվածքներ, որոնք բաղկացած էին չորս վեցանդամ ցիկլերից, որոնք կապված են մեկ չորս անդամի և երկու հինգանդամ ցիկլերի միջոցով (նկ. 7): Մնացած արտադրատեսակները օլիգոմերային կառուցվածքներ էին և աննշան քանակությամբ՝ պոլիցիկլիկ իզոմերներ։

Այս արդյունքները երկու անգամ զարմացրել են հետազոտողներին։ Նախ, ռեակցիայի ընթացքում ձևավորվել են միայն երկու հիմնական արտադրանք. Երկրորդ՝ նրանց կառուցվածքը զարմանք առաջացրեց։ Ֆիշերը նշում է, որ քիմիական ինտուիցիան և փորձը հնարավորություն են տվել նկարել ռեակցիայի տասնյակ հնարավոր արտադրանքներ, բայց դրանցից ոչ մեկը չի համապատասխանում մակերեսի վրա գոյացած միացություններին: Հնարավոր է, որ սկզբնական նյութերի փոխազդեցությունը սուբստրատի հետ նպաստել է ատիպիկ քիմիական պրոցեսների առաջացմանը։

Բնականաբար, քիմիական կապերի ուսումնասիրության առաջին լուրջ հաջողություններից հետո որոշ հետազոտողներ որոշեցին օգտագործել AFM՝ ավելի թույլ և քիչ ուսումնասիրված միջմոլեկուլային փոխազդեցությունները, մասնավորապես՝ ջրածնային կապերը դիտարկելու համար: Այնուամենայնիվ, այս ոլորտում աշխատանքները դեռ նոր են սկսվում, և դրանց արդյունքները հակասական են: Այսպիսով, որոշ հրապարակումներում նշվում է, որ ատոմային ուժի մանրադիտակը հնարավորություն է տվել դիտարկել ջրածնային կապը ( Գիտություն, 2013, 342, 6158, 611–614, doi: 10.1126/science.1242603), մյուսներում նրանք պնդում են, որ դրանք պարզապես արտեֆակտներ են սարքի նախագծման առանձնահատկությունների պատճառով, և փորձարարական արդյունքները պետք է ավելի ուշադիր մեկնաբանվեն ( Ֆիզիկական վերանայման նամակներ, 2014, 113, 186102, doi:10.1103/PhysRevLett.113.186102) Թերևս վերջնական պատասխանը այն հարցին, թե արդյոք հնարավոր է ջրածնի և այլ միջմոլեկուլային փոխազդեցությունները դիտարկել ատոմային ուժի մանրադիտակի միջոցով, կստացվի արդեն այս տասնամյակում: Դա անելու համար անհրաժեշտ է առնվազն մի քանի անգամ բարձրացնել AFM լուծաչափը և սովորել, թե ինչպես ստանալ պատկերներ առանց աղմուկի ( Ֆիզիկական ակնարկ Բ, 2014, 90, 085421, doi:10.1103/PhysRevB.90.085421).

Մեկ մոլեկուլի սինթեզ

Հմուտ ձեռքերում և՛ STM-ը, և՛ AFM-ն նյութն ուսումնասիրելու ունակ գործիքներից վերածվում են գործիքների, որոնք կարող են ուղղորդված կերպով փոխել նյութի կառուցվածքը: Այդ սարքերի օգնությամբ արդեն հնարավոր է եղել ձեռք բերել «ամենափոքր քիմիական լաբորատորիաները», որոնցում կոլբայի փոխարեն օգտագործվում է սուբստրատ, իսկ ռեակտիվների մոլերի կամ միլիմոլների փոխարեն՝ առանձին մոլեկուլներ։

Օրինակ, 2016 թվականին գիտնականների միջազգային թիմը Տակաշի Կումագայի գլխավորությամբ օգտագործեց ոչ կոնտակտային ատոմային ուժի մանրադիտակ՝ պորֆիցենի մոլեկուլը իր ձևերից մեկից մյուսը տեղափոխելու համար ( Բնության քիմիա, 2016, 8, 935–940, doi: 10.1038/nchem.2552): Պորֆիցենը կարելի է դիտարկել որպես պորֆիրինի մոդիֆիկացում, որի ներքին ցիկլը պարունակում է չորս ազոտի ատոմ և երկու ջրածնի ատոմ։ AFM զոնդի թրթռումները բավականաչափ էներգիա են փոխանցել պորֆիցենի մոլեկուլին՝ այդ ջրածինները ազոտի մի ատոմից մյուսը փոխանցելու համար, և արդյունքում ստացվել է այս մոլեկուլի «հայելային պատկերը» (նկ. 8):

Անխոնջ Լեո Գրոսի գլխավորած խումբը նույնպես ցույց տվեց, որ հնարավոր է սկսել մեկ մոլեկուլի ռեակցիա՝ նրանք դիբրոմոանտրացենը վերածեցին տասնանդամ ցիկլային դիինի (նկ. 9; Բնության քիմիա, 2015, 7, 623–628, doi: 10.1038/nchem.2300): Ի տարբերություն Կումագայի և այլոց, նրանք օգտագործել են սկանավորող թունելային մանրադիտակ՝ մոլեկուլն ակտիվացնելու համար, և ռեակցիայի արդյունքը վերահսկվել է ատոմային ուժի մանրադիտակի միջոցով։

Սկանավորող թունելային մանրադիտակի և ատոմային ուժային մանրադիտակի համակցված օգտագործումը նույնիսկ հնարավորություն տվեց ձեռք բերել մոլեկուլ, որը չի կարող սինթեզվել դասական տեխնիկայի և մեթոդների միջոցով ( Բնության Նանոտեխնոլոգիա, 2017, 12, 308–311, doi: 10.1038/nnano.2016.305): Այս եռանկյունլենը անկայուն անուշաբույր դիռադիկալ է, որի գոյությունը կանխատեսվել էր դեռ վեց տասնամյակ առաջ, սակայն սինթեզի բոլոր փորձերն անհաջող էին (նկ. 10): Նիկո Պավլիչեկի խմբի քիմիկոսները ստացան ցանկալի միացությունը՝ STM-ի միջոցով ջրածնի պրեկուրսորից երկու ատոմ հեռացնելով և AFM-ի միջոցով սինթետիկ արդյունքը հաստատելով:

Ենթադրվում է, որ օրգանական քիմիայում ատոմային ուժային մանրադիտակի կիրառմանը նվիրված աշխատանքների թիվը կշարունակի աճել։ Ներկայումս ավելի ու ավելի շատ գիտնականներ փորձում են ռեակցիայի մակերեսին կրկնել հայտնի «լուծույթների քիմիան»։ Բայց, հավանաբար, սինթետիկ քիմիկոսները կսկսեն լուծույթում վերարտադրել այն ռեակցիաները, որոնք ի սկզբանե իրականացվել են մակերեսի վրա՝ օգտագործելով AFM:

Ոչ ապրողից մինչև ապրող

Ատոմային ուժային մանրադիտակների կոնսուլյարները և զոնդերը կարող են օգտագործվել ոչ միայն անալիտիկ ուսումնասիրությունների կամ էկզոտիկ մոլեկուլների սինթեզի, այլև կիրառական խնդիրների լուծման համար։ Բժշկության մեջ AFM-ի կիրառման դեպքերն արդեն հայտնի են, օրինակ՝ քաղցկեղի վաղ ախտորոշման համար, և այստեղ առաջամարտիկը նույն Քրիստոֆեր Գերբերն է, ով ձեռք է բերել ատոմային ուժային մանրադիտակի սկզբունքի մշակման և AFM-ի ստեղծման գործում։

Այսպիսով, Գերբերին հաջողվել է սովորեցնել AFM-ին որոշել մելանոմայում ռիբոնուկլեինաթթվի կետային մուտացիան (բիոպսիայի արդյունքում ստացված նյութի վրա)։ Դա անելու համար ատոմային ուժի մանրադիտակի ոսկյա հենարանը փոփոխվել է օլիգոնուկլեոտիդներով, որոնք կարող են միջմոլեկուլային փոխազդեցության մեջ մտնել ՌՆԹ-ի հետ, և այդ փոխազդեցության ուժը դեռևս կարելի է չափել պիեզոէլեկտրական էֆեկտի շնորհիվ: AFM սենսորի զգայունությունն այնքան բարձր է, որ այն արդեն օգտագործվում է հանրահայտ CRISPR-Cas9 գենոմի խմբագրման մեթոդի արդյունավետությունն ուսումնասիրելու համար։ Այն միավորում է տարբեր սերունդների հետազոտողների կողմից ստեղծված տեխնոլոգիաները:

Վերափոխելով քաղաքական տեսություններից մեկի դասականը՝ կարելի է ասել, որ մենք արդեն տեսնում ենք ատոմային ուժային մանրադիտակի անսահման հնարավորություններն ու անսպառությունը և դժվար թե պատկերացնենք, թե ինչ է սպասվում այդ տեխնոլոգիաների հետագա զարգացման հետ կապված։ Բայց նույնիսկ այսօր սկանավորող թունելային մանրադիտակը և ատոմային ուժային մանրադիտակը մեզ հնարավորություն են տալիս տեսնել ատոմները և դիպչել դրանց: Կարելի է ասել, որ սա ոչ միայն մեր աչքերի ընդլայնումն է, որը թույլ է տալիս մեզ նայել ատոմների և մոլեկուլների միկրոտիեզերքին, այլ նաև նոր աչքեր, նոր մատներ, որոնք կարող են դիպչել այս միկրոտիեզերքին և կառավարել այն: