Атомная скользящая головоломка
Каждая твердая поверхность имеет незанятые места в кристаллической решетке - так называемые вакансии. Исследователи из Нидерландов теперь смогли показать, что эти промежутки очень быстро перемещаются по поверхности, часто меняя местами соседние атомы. Ни один кристалл не идеален. Каким бы чистым он ни был, он все равно испещрен дефектами и другими неровностями своей структуры - это, например, свободные места в структуре решетки, которые в норме должны быть заняты атомом. Такие незанятые узлы решетки встречаются и на поверхности кристалла. Ученые уже предполагали, что эти промежутки мигрируют по поверхности твердого тела - т.е. меняются местами с соседним атомом в решетке. Однако до сих пор было трудно сделать это движение видимым.
Теперь Раулю ван Гастелю и его коллегам из Лейденского университета удалось измерить движение вакансий в кристалле меди. Для этого ученые использовали обычный сканирующий туннельный микроскоп. Однако они не сосредоточились непосредственно на блуждающих дырах; это было бы безнадежной задачей, так как они, кажется, двигаются очень быстро. Сканирующий туннельный микроскоп не может угнаться за такой быстрой скоростью, иногда для получения изображения требуется несколько минут. Вместо этого исследователи наблюдали атомы индия, встроенные в решетку меди. Между двумя экспозициями эти атомы совершали большие скачки в решетке, неоднократно меняясь местами с дырками. По траектории движения атомов индия физики наконец смогли определить движение вакансий.
Оказалось, что дырки удивительно подвижны - пары атомов-дырок, по-видимому, меняются местами около ста миллионов раз в секунду при комнатной температуре. Открытие, безусловно, имеет важное значение для полупроводниковой промышленности и вообще для любой технологии, основанной на крошечных поверхностных структурах, потому что они могут быть разрушены движением.
В будущем исследователи хотят преднамеренно вводить дефекты в кристаллическую решетку, выбирая отдельные атомы с охлаждаемой поверхности. Промежутки должны двигаться медленнее при низких температурах, так что прямые изображения с помощью сканирующего туннельного микроскопа также могут быть возможны.