Controluce - Figure per descrivere
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L'immagine
Superficie di una pellicola d'oro
L'immagine visualizza un'area di 5 µ ca di lato della superficie di una sottile pellicola di oro policristallino.
La struttura cristallina dell'oro è cubica a facce centrali. È questa struttura che rende il metallo straordinariamente duttile: perché gli atomi sono disposti nella cella in un modo favorevole al loro scorrimento da una posizione all'altra (scorrimento che, macroscopicamente, appare come deformazione plastica).
Il campione visualizzato nelle immagini non evidenzia la tipica struttura cristallina cubica. Non sono infatti visibili i gradini che caratterizzano le stutture cristalline cubiche, ma delle forme curve (le immagini associate evidenziano appunto la deviazione dei grani dalla struttura cubica).
Nel caso dell'oro degli oggetti venduti in gioielleria, il metallo è composto di "grani": piccoli cristalli di diversi micron di lato che si aggiustano tra loro grazie alla loro relativa irregolarità.
Le pellicole d'oro vengono spesso utilizzate come supporto per produzioni nanotecnologiche.
La struttura cristallina dell'oro è cubica a facce centrali. È questa struttura che rende il metallo straordinariamente duttile: perché gli atomi sono disposti nella cella in un modo favorevole al loro scorrimento da una posizione all'altra (scorrimento che, macroscopicamente, appare come deformazione plastica).
Il campione visualizzato nelle immagini non evidenzia la tipica struttura cristallina cubica. Non sono infatti visibili i gradini che caratterizzano le stutture cristalline cubiche, ma delle forme curve (le immagini associate evidenziano appunto la deviazione dei grani dalla struttura cubica).
Nel caso dell'oro degli oggetti venduti in gioielleria, il metallo è composto di "grani": piccoli cristalli di diversi micron di lato che si aggiustano tra loro grazie alla loro relativa irregolarità.
Le pellicole d'oro vengono spesso utilizzate come supporto per produzioni nanotecnologiche.
La tecnica
Microscopio a effetto tunnel (STM)
Inventato nel 1981 da Gerd Binnig e Heinrich Rohrer (insigniti per questo del Nobel per la fisica del 1986), il microscopio a effetto tunnel (STM, Scanning Tunneling Microscope) è il capostipite dei microscopi a sonda di scansione (SPM, Scanning Probe Microscope), di cui fanno parte il microscopio a forza atomica e il microscopio a campo prossimo (SNOM, Scanning Nearfield Optical Microscope).Il fenomeno fisico che sta alla base del funzionamento di tutti questi microscopi è la piezoelettricità, la proprietà cioè che hanno alcune ceramiche di elettrizzarsi quando vengono deformati elasticamente e, viceversa, di deformarsi se assoggettate a un campo elettrico. Questa correlazione è molto precisa e permette, grazie a un meccanismo di retroazione (su cui si basa un dispositivo chiamato attuatore piezoelettrico), di guidare la sonda - la cui punta ha dimensioni monoatomiche - lungo le gibbosità della superficie scansionata, restituendone la topografia a una risoluzione nanometrica.
L’STM compie la sua scansione misurando la corrente di tunneling che passa tra la punta e il campione (si tratta di un fenomeno quantistico basato sull'effetto tunnel, l'effetto per cui le particelle subatomiche possono oltrepassare seppure in minima quantità "barriere di potenziale" come quella che per gli elettroni è costituita dall'aria): l’intensità di questa corrente dipende infatti strettamente dalla distanza. Siccome si è in grado di misurare con estrema precisione questa intensità, si possono rilevare rugosità anche inferiori ai decimi nanometro.
la maggior parte delle misure che utilizzano un STM devono venire effettuate in un ambiente estremamente pulito e isolato, perché le superfici della maggior parte dei materiali sono molto reattive e si ricoprono velocemente di contaminanti. Di solito, lo strumento viene per questo inserito in una camera di misura a tenuta stagna e tutta l’aria viene espulsa utilizzando delle speciali pompe a vuoto, fino a raggiungere pressioni tipiche di circa 10-10mBar (diecimila miliardi di volte inferiori alla pressione atmosferica).
Il microscopio così preparato è in grado di acquisireacquisisce una fitta griglia di dati che definiscono la "topografia" della superficie su scala nanometrica. Questi dati, suscettibili anche di elaborazione matematica (come nel caso delle immagini associate in cui è stata calcolata la derivata della superficie), vengono poi visualizzati con un programma di grafica 3D. La colorazione della superficie del metallo nelle immagini non ha quindi niente a che vedere con il colore naturale dell'oggetto rappresentato, ma è stata scelta per delle ragioni puramente estetiche.
L’STM compie la sua scansione misurando la corrente di tunneling che passa tra la punta e il campione (si tratta di un fenomeno quantistico basato sull'effetto tunnel, l'effetto per cui le particelle subatomiche possono oltrepassare seppure in minima quantità "barriere di potenziale" come quella che per gli elettroni è costituita dall'aria): l’intensità di questa corrente dipende infatti strettamente dalla distanza. Siccome si è in grado di misurare con estrema precisione questa intensità, si possono rilevare rugosità anche inferiori ai decimi nanometro.
la maggior parte delle misure che utilizzano un STM devono venire effettuate in un ambiente estremamente pulito e isolato, perché le superfici della maggior parte dei materiali sono molto reattive e si ricoprono velocemente di contaminanti. Di solito, lo strumento viene per questo inserito in una camera di misura a tenuta stagna e tutta l’aria viene espulsa utilizzando delle speciali pompe a vuoto, fino a raggiungere pressioni tipiche di circa 10-10mBar (diecimila miliardi di volte inferiori alla pressione atmosferica).
Il microscopio così preparato è in grado di acquisireacquisisce una fitta griglia di dati che definiscono la "topografia" della superficie su scala nanometrica. Questi dati, suscettibili anche di elaborazione matematica (come nel caso delle immagini associate in cui è stata calcolata la derivata della superficie), vengono poi visualizzati con un programma di grafica 3D. La colorazione della superficie del metallo nelle immagini non ha quindi niente a che vedere con il colore naturale dell'oggetto rappresentato, ma è stata scelta per delle ragioni puramente estetiche.
Cos'e' controluce
Controluce è una raccolta di immagini scientifiche provenienti dai laboratori di ricerca.
La scienza procede per modelli e anche per immagini. L'osservazione dei fenomeni, gli esperimenti di laboratorio, l'intuizione matematica, le simulazioni al computer utilizzano in molti casi la sintesi e la capacità evocativa di un'immagine. Sopratutto, le immagini sono un irrinunciablile ingrediente della comunicazione della scienza, sia interna che esterna a una certa disciplina.
Le immagini di Controluce vengono scelte e descritte da Ulisse con un lavoro di confronto e di dialogo con gli scienziati che le hanno prodotte. Si tratta di immagini che nascono direttamente dall'attività di ricerca, ma che hanno un alto potenziale comunicativo anche per un pubblico più ampio.
