NgocSusu42
New member
Lần đầu tiên trong lịch sử, giới khoa học đã làm được chuyện tưởng như không tưởng: xác định chính xác vị trí của tận 23.000 nguyên tử nằm trong một phân tử siêu bé, nhỏ hơn cả tế bào!
Vào ngày 1/2/2017, một phương pháp mới sử dụng kính hiển vi điện tử quét để thăm dò hạt phân tử nano sắt - bạch kim có đường kính chỉ khoảng 8.4 nano-mét (1 nano-mét = 1/triệu của 1 mét nha mọi người, bé xíu ơi là bé xíu!) đã được công bố trên tạp chí Nature đình đám.
Tác giả của nghiên cứu này là Trưởng nhóm Peter Ercius từ phòng nghiên cứu quốc gia Lawrence Berkeley và Jianwei Miao đến từ UCLA.
Tại sao phải quan tâm đến từng nguyên tử nhỏ xíu thế?
Có thể bạn đang thắc mắc: "Ủa, sao phải để tâm đến vị trí của từng nguyên tử bé tí hon đến vậy?" Well, câu trả lời sẽ làm bạn bất ngờ đấy!
Ở cấp độ nano, mỗi nguyên tử đều đóng vai trò quan trọng lắm nha. Michael Farle, nhà vật lý học tại trường đại học Đức - Duisburg-Essen đã giải thích trong tạp chí Nature:
"Các nguyên tử đều ảnh hưởng đến các hạt nano. Ví dụ, khi ta thay đổi vị trí tương đối của một số nguyên tử sắt, bạch kim trong 1 hạt nano, sắt - bạch kim sẽ ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của hạt, chẳng hạn như phản ứng với từ trường".
Nói đơn giản là di chuyển vài nguyên tử thôi mà cả tính chất vật liệu đổi luôn, xịn sò không?
Chụp ảnh bằng chùm tia electron - Công nghệ đỉnh cao!
Kính hiển vi điện tử có thể chụp được từng bit siêu nhỏ của vật liệu như tinh thể hay các phân tử protein, bởi vì chùm tia electron xuyên qua bề mặt vật liệu để bắt hình ảnh chi tiết.
Thông thường, khi dùng kính hiển vi điện tử để thăm dò một tinh thể hoặc phân tử lớn, các electron sẽ được bắn vào vật mẫu. Ngay khi đập vào vật mẫu, chúng sẽ bật ra và phân tán, rơi xuống bộ phận dò tìm. Từ đó có thể suy ra sự sắp xếp của các nguyên tử trong tinh thể hoặc phân tử.
Nhưng theo ông Ercius thì các hình ảnh này chỉ đạt độ phân giải ở mức trung bình với mặt cắt cố định của nhiều nguyên tử cùng lúc thôi.
Nghĩa là các nhà nghiên cứu chỉ nhận được một dạng mẫu hình về vị trí sắp đặt của hàng loạt nguyên tử chứ không phải vị trí chính xác của từng nguyên tử một. Và thực tế, công nghệ này chỉ hiệu quả với những tinh thể kết cấu hoàn hảo.
Vấn đề là hạt nano sắt-bạch kim lại là một loại tinh thể không hoàn hảo với những cấu trúc nguyên tử đặc biệt và không đồng đều. Vì thế phương pháp quét thông thường kiểu trên sẽ không cho ra kết quả mong muốn. Buồn thế!
Vậy là các nhà khoa học đã phải tìm một giải pháp mới bằng cách sử dụng kính hiển vi điện tử để nghiên cứu mẫu hạt sắt-bạch kim từ nhiều phía khác nhau.
Phương pháp định vị nguyên tử đơn lẻ - Bí kíp tối thượng!
Để làm được điều này, các nhà nghiên cứu đã thay đổi vị trí ban đầu của các mẫu vật. Thay vì để ở một chỗ cố định, họ đặt nó trên một mặt phẳng đặc biệt cho phép xoay và nghiêng hạt phân tử sắt-bạch kim, thay đổi hướng của nó một chút sau mỗi "ảnh chụp" với chùm electron.
Thay đổi đơn giản này lại mang đến hiệu quả bất ngờ lắm nha! Các hướng khác nhau cho ra những mẫu hình khác nhau. Các mẫu hình thu thập được dùng để tính toán chính xác vị trí của 6.569 nguyên tử sắt và 16.627 nguyên tử bạch kim của hạt nano. Wow!
Theo nhà vật lý Farle thì quá trình nghiên cứu này không giống với việc sử dụng công nghệ hoạt họa để dựng mô hình 3D nguyên tử từ nhiều góc khác nhau đâu. Kết quả hình ảnh về vị trí của các nguyên tử theo phương pháp này đạt độ phân giải khoảng một phần mười đường kính của một nguyên tử đơn lẻ luôn!
Ứng dụng trong tương lai - Mở ra kỷ nguyên mới!
Trong tương lai, những bức hình cấu trúc nguyên tử rõ ràng như trên có thể ứng dụng nhiều trong khoa học vật liệu. Ví dụ như các nhà sản xuất ổ cứng có thể tạo ra các tinh thể vật liệu nhỏ và cấu trúc tinh gần hoàn hảo như mong muốn để dễ dàng đổi mức độ từ hóa và duy trì từ trường trong một thời gian dài.
Biết rõ cấu trúc vị trí chính xác của từng nguyên tử cũng sẽ cho phép các nhà khoa học khám phá quá trình phát triển của tinh thể.
Ercius cho biết hiện nay khi chạy các mô phỏng của từng vật liệu, họ luôn phải giả định một hướng phát triển nhất định của các tinh thể, từ đó giúp họ dự đoán về tương lai của vật liệu.
Và nếu họ nắm rõ vị trí của từng nguyên tử, họ có thể đưa ra những phán đoán chắc chắn hơn về hình dạng của tinh thể khi chúng phát triển hoàn chỉnh.
Việc xem xét sự sắp đặt hỗn loạn của nguyên tử không chỉ tiết lộ bản chất độc đáo của từng vật thể mà còn mang đến những tác động hiệu quả cho công tác nghiên cứu vật liệu trong tương lai. Đây chính là bước ngoặt lịch sử của khoa học vật liệu đấy các bạn ơi!
Nguồn: soha.vn