ปริมาณประจุทางไฟฟ้าบนอะตอมเดียวสามารถถูกวัดได้แล้วโดยนักวิทยาศาสตร์ และได้รายงานเรื่องนี้ลงวารสาร Science ในขณะที่ประจุในละอะตอมนั้นได้เคยถูกวัดไปแล้ว ซึ่งวิธีการที่เคยใช้มานั้นจะต้องวางอะตอมบนพื้นผิวที่เป็นวัสดุที่เหนี่ยวนำได้
วิธีการใหม่นี้จะใช้เครื่องมือที่เป็นอุโมงค์เล็กที่เหมือนส้อม ซึ่งจะทำหน้าที่เบนอะตอมที่มีปริมาณน้อย ๆ โดยแรงดูดหรือแรงผลักของอะตอม ซึ่งวิธีการนี้จะสามารถมาช่วยในการออกแบบอุปกรณ์อย่าง เซลล์สุริยะ
นักวิจัยจากห้องทดลองของ IBM ในซูริกประเทศสวิตส์เซอร์แลนด์ ได้แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกในปี 2004 ว่าประจุในแต่ละอะตอมนั้นสามารถวัดด้วยการใช้เครื่องมือที่เรียกว่า scanning tunnelling microscope (STM) ซึ่งอุปกรณ์นี้จะมีปลายโลหะ โดยจะมีอะตอมหนึ่งหรือไม่กี่อะตอมที่จะอยู่บนปลายนั้นได้ อุปกรณ์นี้จะวัดคุณสมบัติทางกายภาพของตัวอย่างที่มีขนาดเล็กระดับต้องมองด้วยกล้องจุลทรรศน์ ซึ่งตัวอย่างจะผ่านกระแสไฟฟ้าไปทั่ว และจะถูกวัดว่ามีการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าแค่ไหนตลอดพื้นผิวของตัวอย่าง อย่างไรก็ตาม STM นั้นต้องการตัวอย่างที่จะอยู่บนพื้นผิวที่สามารถเหนี่ยวนำกระแสได้ ซึ่งทำให้ประจุนั้นสามารถเคลื่อนที่ได้รอบ ๆ หรือหายไปได้ในพื้นผิวที่เหนี่ยวนำนี้
มีวิธีการใหม่กว่านั้นคือการใช้เครื่องมือทางการวิจัยที่เรียกว่า atomic force microscope หรือ AFM ซึ่งเครื่องมือจะสามารถใช้วัดแรงในระดับอะตอมได้ โดย AFM จะมีปลายขนาดเล็กซึ่งจะทำให้อะตอมวางอยู่ได้อะตอมเดียว ซึ่งปลายนี้จะแขวนอยู่บนตัวเชื่อม ซึ่งเป็นลำอนุภาคที่อยู่ห่างงออกไปเพียงหนึ่งส่วนในพันล้านของ 1 เมตร นักวิจัยจะใส่แรงดันไฟฟ้าปริมาณเล็กน้อยบนตัวเชื่อมนี้และทำให้เกิดการสั่นที่ใกล้เคียงกับการสั่นตามธรรมชาติของตัวเอง
เมื่อปลายของอุปกรณ์เข้าใกล้ประจุของตัวอย่าง ความถี่ของการสั่นนั้นจะเกิดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยจากการดึงดูดของขั้วตรงข้าม ซึ่งทฤษฎีจะสามารถใช้ทำงานได้กับระดับอะตอมเดียว ด้วยการเปลี่ยนแปลงแรงกระทำของปลายอุปกรณ์และตัวเชื่อม การเบี่ยงเบนของตัวเชื่อมนั้นจะน้อยกว่าขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอมและทีมวิจัยจะสามารถวัดได้ว่าอะตอมของทองหรือเงินนั้นมีประจุเกินมาหรือประจุขาดไปแม้จะเพียงประจุเดียวก็ตาม
มันเป็นขนาดที่ไม่สามารถจินตนาการได้มาก่อน มากกว่าพันพันล้านอิเล็กตรอนจะเดินทางผ่านหลอดไฟขนาด 60 วัตต์ทุก ๆ วินาที รายละเอียดที่มีความละเอียดสูงของการเคลื่อนที่ของแต่ละประจุนั้นมีความสำคัญอย่างมากในงานอย่าง เซลล์สุริยะและสำหรับในศาสตร์ใหม่อย่าง ไฟฟ้าโมเลกุล (molecular electronics) นั้นซึ่งโมเลกุลจะทำหน้าที่เป็นเหมือนหน่วยทางวงจรไฟฟ้า กลไกการส่งถ่ายประจุนั้นจะสามารถทำนายประสิทธิภาพของเซลล์สุริยะได้ จะทำให้เรารู้ถึงว่ามีการเปลี่ยนที่ของประจุที่แน่นอนแค่ไหนในวัสดุนั้น ๆ
วิธีการนี้จะทำให้นักวิจัยสามารถใช้ติดตามระดับการเปลี่ยนแปลงทั่วไปที่เกิดขึ้นว่ามีการส่งถ่ายประจุไฟฟ้าอย่างไรในตัวเร่งปฏิกิริยา หรือว่าประจุแยกตัวออกมาอย่างไรจากโมเลกุลที่มีความซับซ้อนอย่างเช่น โมเลกุลที่ใช้ในการสังเคราะห์ด้วยแสง
ที่มา - bbc.co.uk
เอกสารอ้างอิง - sciencemag.org
