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    據(jù)國外媒體報(bào)道，原子是化學(xué)變化中的最小微粒，輕輕推動(dòng)一個(gè)原子究竟需要多少力，長期以來一直是一個(gè)謎。但美國國際商用機(jī)器公司(IBM)的科學(xué)家近日稱，經(jīng)過精確地測算，他們得知在平滑的白金表面上推動(dòng)一個(gè)鈷原子，大約需要210皮牛的力（1皮牛=10-12牛，1牛大致相當(dāng)于100克物體的重量）。

 

    在22日出版的最新一期《自然》雜志上，IBM的科學(xué)家們公布了他們的這項(xiàng)最新成果。這一基礎(chǔ)性研究成果有望為未來設(shè)計(jì)出原子尺度的計(jì)算機(jī)芯片等設(shè)備提供幫助。

 

    IBM科學(xué)家安德瑞斯-J-亨瑞克稱，通過長期而且精確地計(jì)算，科學(xué)家們得知，當(dāng)在平滑的白金表面上輕輕推動(dòng)一個(gè)鈷原子時(shí)，所需要的力大約為210皮牛，而如果是在光滑的銅表面上推動(dòng)一個(gè)鈷原子，則所用的力會(huì)更少，僅僅只需要17皮牛。安德瑞斯-J-亨瑞克說，“精確地計(jì)算出推動(dòng)單個(gè)原子所需要的力，將有助于人類最終了解究竟哪些事情是完全可以實(shí)現(xiàn)的，而哪些又是根本不可能實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于整個(gè)人類來說，這是非常重要的一步，但目前取得的這一成績絕對(duì)不是我們的終極目標(biāo)�！�

 

    在實(shí)驗(yàn)中，亨瑞克和他的合作者們利用最先進(jìn)的原子顯微鏡協(xié)助進(jìn)行觀測�？茖W(xué)家們用原子顯微鏡尖銳的探針來輕輕推動(dòng)單個(gè)原子，為更加方便地測出所需要的力，他們又給這個(gè)尖銳的探針綁上了一個(gè)微小的音叉上。這種微小的音叉常用于制造石英手表。事實(shí)上，在最初進(jìn)行此類實(shí)驗(yàn)時(shí)，科學(xué)家們就是購買了一只價(jià)格并不昂貴的石英手表，并將這只手表的音叉取出來作為替代使用。通過測算，當(dāng)原子顯微鏡上的尖銳探針與單個(gè)的鈷原子接觸時(shí)，音叉每秒鐘的震動(dòng)頻率為2萬次，當(dāng)探針開始推動(dòng)鈷原子時(shí)，音叉就開始逐漸發(fā)生彎曲，就像是跳水運(yùn)動(dòng)員使用的跳板一樣，這時(shí)音叉的震動(dòng)頻率也開始劇降。通過計(jì)算音叉震動(dòng)頻率的變化，科學(xué)家們最終精確地測算出推動(dòng)單個(gè)原子移動(dòng)所需要的力。

 

    安德瑞斯-J-亨瑞克表示，事實(shí)上，即使是再光滑的金屬和物體表面，也不可能是真正的絕對(duì)光滑，因此單個(gè)原子根本不可能會(huì)發(fā)生滾動(dòng)。單個(gè)的原子就好象是被放在一個(gè)一個(gè)的小格子里，有些類似于雞蛋被分開放在不同的小紙箱里一樣。當(dāng)原子顯微鏡的尖銳探針用力推動(dòng)時(shí)，鈷原子就會(huì)發(fā)生跳動(dòng)，可以在瞬間從一個(gè)“小格子”跳到另一個(gè)“小格子”里，而且它跳動(dòng)的速度甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人類目前的觀測能力。在實(shí)驗(yàn)中，由于銅的表面比白金表面摩擦力相對(duì)要小，因此在銅表面上移動(dòng)單個(gè)鈷原子所需的力也就更少。

 

    為獲得單個(gè)的原子，科學(xué)家們?cè)谝徽婵帐覂?nèi)設(shè)置了一個(gè)“陷阱”，它們將6條激光束聚焦在一個(gè)點(diǎn)上，然后注入氣態(tài)銫。當(dāng)一個(gè)原子進(jìn)入激光束，便拍攝一張照片，需拍攝上百萬張照片。每當(dāng)一個(gè)原子進(jìn)入陷阱，科學(xué)家便用光學(xué)鉗即兩條激光束將其抓住。這兩條光與上述用6條激光束組成的光陷阱不同，因?yàn)樽鳛楣鈱W(xué)鉗的兩條激光束的光子不僅作為微型球通過這一區(qū)域，在球內(nèi)還有一電場，靠電場的力抓住單個(gè)原子。但激光的抓力太弱，為提高抓力，科學(xué)家將激光束聚焦到1/30毫米的一個(gè)點(diǎn)上，這樣就可以準(zhǔn)確地在該點(diǎn)上抓住原子。1990年，IBM兩位科學(xué)家用顯微鏡探針移動(dòng)了吸附在金屬鎳表面上的氙原子，他們經(jīng)過22小時(shí)的操作，把35個(gè)氙原子排成了“IBM”的字樣。這幾個(gè)字母高度約是一般印刷用字母的二百萬分之一，原子間間距只有1.3納米左右。這是人類有目的、有規(guī)律地移動(dòng)和排布單個(gè)原子的開端。