Компанія IBM стоїть біля витоків великої кількості сучасних технологій, одна з яких - скануюча тунельна мікроскопія. Для демонстрації своїх можливостей інженери компанії одного разу зняли мультфільм, кожен кадр якого намальований кількома атомами.
«Хлопчик і його атом» (A Boy And his Atom) вчені «малювали» молекулами монооксиду вуглецю за допомогою скануючого тунельного мікроскопа (СТМ). Першим проходом голки молекули розташовувалися в потрібних місцях, а другим вважалося отримане зображення. Хвилі, які розходяться від контурів фігур - це обурення електронного газу, що складається з вільних електронів на поверхні мідної підкладки.
Підсумкове зображення отримано не в оптичному діапазоні - збільшити щось у видимому спектрі в 100 мільйонів разів неможливо. Скануючий вузол СТМ проходить над досліджуваним зразком на відстані декількох ангстрем (0,1 нм або одна десятимільярдна частина метра) і фіксує атоми або молекули за змінами тунельного струму в дуже гострій металевій голці.
Хоча зовні СТМ частіше проівзодить враження наспіх зібраної експериментальної установки, його можливості фактично перевернули уявлення дослідників про роботу зі зразками нанометрового масштабу
Підсумком сканування стає карта висот, що відображає розташування атомів на поверхні спеціальної підкладки. Щоб зупинити тепловий рух атомів, у робочій зоні СТМ підтримується вакуум, а зразок охолоджується до температур у 10-15 градусів Кельвіна. Для усунення впливу перешкод у приміщенні з мікроскопом забезпечується повна вібраційна і звукова ізоляція, а також відключаються всі сторонні прилади.
За винахід СТМ інженери IBM Герд Бінніг і Генріх Рорер удостоїлися Нобелівської премії 1986 року. Створений ними за п'ять років до цього прототип став першим у класі скануючих зондових мікроскопів. Крім можливості отримувати карту висот досліджуваного зразка, СТМ може маніпулювати атомами і молекулами, підводячи голку набагато ближче, ніж потрібно для вимірювання.
Принцип роботи СТМ витончений і простий - є голка, є зразок і є електрони, які тунелюють між ними. Ідеї подібної установки витали в умах фізиків з початку XX століття, але втілити в життя їх вийшло лише трохи менше 40 років тому.
Авторами цього ролика рухало бажання показати світові плоди роботи, яка не просто складна і цікава, а й приводить їх самих у захват. «Якщо я зможу це зробити створивши фільм і змотивувавши тисячу дітей піти в науку, а не стати юристом, я буду супер щасливий», - розповідає про створення короткометражки один з ініціаторів проекту Андреас Хайнріх, провідний фахівець дослідницького підрозділу IBM.
Можливість маніпулювання окремими атомами або молекулами надзвичайно актуальна для сучасної мікроелектроніки, а «Хлопчик і його атом» наочно показує, яких висот досягли в цьому інженери IBM. Детальна розповідь про те, як і навіщо створювався цей короткий ролик можна знайти на -каналі компанії по початку заголовків «IBM Atomic Shorts».