Науковці вперше зафіксували вібрації атомів, що відкриває шлях до раніше недоступної фізики

Прорив здійснила команда науковців з Університету Меріленда, під керівництвом доцента Ічао Чжана, вперше отримали зображення теплових вібрацій окремих атомів у двовимірних матеріалах, інформує 24 Канал з посиланням на InterestingEngineering.

Цей прорив, опублікований у журналі Science 24 липня 2025 року, став можливим завдяки техніці електронної тихографії (ptychography), яка дозволила досягти рекордної роздільної здатності – кращої за 15 пікометрів (1 пікометр дорівнює одній трильйонній частині метра).

На таких масштабах учені змогли побачити розмиття, спричинене тепловими коливаннями атомів, що раніше було недоступним для експериментального спостереження.

Ілюстрація експериментального вимірювання теплових коливань в одному атомі / Фото University of Maryland

Що все це означає?

Теплові вібрації – це мікроскопічні рухи атомів, які виникають через тепло. Уявіть атоми як маленькі кульки, що постійно тремтять через енергію, яку вони отримують від навколишнього середовища. Ці рухи впливають на властивості матеріалів, наприклад, на їхню здатність проводити тепло чи електрику.

Двовимірні матеріали, про які йдеться, – це ультратонкі структури завтовшки всього кілька нанометрів (1 нанометр – це мільярдна частина метра), які активно вивчаються для створення новітніх електронних і квантових пристроїв.

Чому це відкриття важливе?

Особливу увагу вчені приділили так званим "моїре фазонам" – специфічним фізичним явищам у скручених двовимірних матеріалах. Ці фазони впливають на теплопровідність і електричні властивості, а також на супер провідність – здатність матеріалу проводити струм без опору.

Раніше моїре фазони були лише теоретичними передбаченнями, але завдяки новій техніці їх вдалося зафіксувати експериментально. Це відкриває шлях до глибшого розуміння того, як влаштовані квантові матеріали, і як їх можна використовувати в технологіях майбутнього.

Ічао Чжан порівняв відкриття з розшифровкою прихованої мови атомного руху. За його словами, електронна тихографія дозволяє бачити ці тонкі вібрації безпосередньо, що стає потужним інструментом для вивчення раніше недоступної фізики.

Що далі?

Наступним кроком для команди науковців стане дослідження того, як дефекти та межі в матеріалах впливають на теплові вібрації. Це може допомогти створювати пристрої з налаштованими тепловими, електричними та оптичними характеристиками – від енергоефективної електроніки до наносенсорів і квантових комп'ютерів.

Цей прорив доводить, що сучасні методи мікроскопії здатні розкривати нові таємниці атомного світу, які раніше перебували виключно в теоретичному полі. У майбутньому такі технології можуть стати основою для революційних змін у науці про матеріали та інженерію, дозволяючи створювати пристрої, які працюють на межі можливого.