אתגר בן המאה של "דיפרקציה אטומית" נפתר לבסוף הודות לגרפן

במשך אלפי שנים, הוגים התווכחו אם האור עשוי מחלקיקים או גלים. בתחילת המאה ה-20, מדענים הבינו שזה גם וגם: חלקיקים חסרי מסהוגַלִים. הבנה מרגיזה אף יותר הגיעה כמה שנים מאוחר יותר, כאשר לואי דה ברולי העלה את הרעיון שלכל חומר יש גם תכונות גלים.

זה הוכח על ידי ג'ורג' פאג'ט תומסון עם תלמידו אלכסנדר ריד, ובאופן עצמאי בניסוי דייוויסון-גרמר.ירי דרך גביש יכול להיעשות כמו גלי אור העוברים דרך דקים בתריס, או גלי ים הנכנסים לנמל צר. עקיפה של אלקטרונים הייתה מהפכנית לא רק לפיזיקה בסיסית, אלא הובילה לפיתוח טכנולוגיה חדשנית כמו מיקרוסקופ אלקטרונים.

ההוכח לא רק באמצעות אלקטרונים, אלא כשזה הגיע לאטומים ואפילו מולקולות, העניינים הסתבכו. האלקטרונים קלים פי 1,800 מהאטום הקל ביותר (משהו שהתגלה על ידי אביו של תומסון ג'יי ג'יי תומסון) כך שהם יכולים להתעקם בקלות רבה יותר דרך הסריג של גביש.

עקיפה של האטום נראתה עד כה בהשתקפות. האטומים הוקפצו ממשטח שנחרט כדי שיהיה לו סורג. הקווים לא צריכים להיות קטנים פי 10,000 משערה, כמועושה אותם. רשתות עם קווים גדולים בהרבה, שאפשר היה לייצר בשנות ה-30, הספיקו כדי להציג את התופעה הזו. עם זאת, חוקרים לא הצליחו להראות את עקיפה של אטומים דרך גביש עד כה.

במאמר שטרם זכה לביקורת עמיתים, קרינה קניץ ועמיתיו מה-המכון לטכנולוגיות קוונטיותואוניברסיטת וינה הדגימו עקיפות של אטומי מימן והליום באמצעות יריעת גרפן בעובי אטום אחד. האטומים נורים בניצב על יריעת הגרפן באנרגיה גבוהה. זה אמור להזיק לקריסטל אבל זה לא, וזה סוד הניסוי המוצלח הזה.

"למרות האנרגיה הקינטית הגבוהה של האטומים והצימוד למערכת האלקטרונית של גרפן, אנו צופים בדפוסי עקיפה הכוללים פיזור קוהרנטי של עד שמונה וקטורי סריג הדדיים. עקיפה במשטר זה אפשרית בשל זמן האינטראקציה הקצר של הקליע עם הגביש הדק-אטומית, המגביל את העברת המומנטום לסורג", כתבו החוקרים במאמר.

בעיקרון, בזכות המוזרויות של מכניקת הקוונטים, אטומי האנרגיה הגבוהה יותר יכולים להתעקם בקלות רבה יותר דרך הגביש מבלי להרוס אותו.

הדפסה מוקדמת המתארת ​​את הניסוי זמינה דרךarXivוטרם זכה לביקורת עמיתים.

[H/T:מדען חדש]