LÀM SAO CÓ THỀ QUAN SÁT THẾ GIỚI NGUYÊN TỬ RẤT NHỎ?
Các vật chất trong đời sống hàng ngày đều là do số lượng lớn các nguyên tử tụ lại hợp thành, theo thứ tự trong hóa học, nguyên tử là đơn vị cơ bản cấu tạo nên thế giới vật chất. Vậy, làm sao có thể quan sát những nguyên tử rất nhỏ trong các chất đây? Cho đến bây giờ, thường có hai cách.
Một cách là dùng phương pháp nhiễu xa, chủ yếu là dùng để quan sát cách sắp xếp các nguyên tử trong các tinh thể, bởi vì các nguyên tử trong tinh thể sắp xếp một cách có trật tự, tầng lớp, bởi vì theo nguyên lý vật lý, tác dụng của khoảng cách giữa vị trí trưng bày và bức xạ trong nguyên tử tinh thể sẽ làm cho sự bức xạ trong quá trình phát xạ sẽ mạnh lên ở một hướng nào đó, còn yếu ở một hướng khác, vì thế sẽ thu được một cái gọi là ''hình vẽ nhiễu xạ'' trên phim của máy ảnh hoặc trên màn huỳnh quang. Các nhà khoa hóc qua việc phân tích, tính toán tác dụng của khoảng cách bức xạ và tinh thể, có thể căn cứ theo ''hình vẽ nhiễu xạ'' mà trả lại cách sắp xếp như cũ của các nguyên tử tinh thể, từ đó mà tạo ra một hình vẽ vi mô của thế giới nguyên tử trong tinh thể. Trong nghiên cứu thực tế, chùm bức xạ mà ta sử dụng có thể là chùm điện tử cũng có thể. là chùm tia X, cách làm ở trên gọi là cách dùng kính hiển vi điện tử, kính hiển vi điện tử có độ phân biệt nguyên tử cao được chế tạo chính là dựa vào nguyên lý này.
Dùng cách nhiễu xạ thì chỉ có thể quan sát được thế giới nguyên tử trong tinh thể. Đối với những tinh thể vô cơ và những tinh thể hữu cơ đơn giản, do việc dựng lại những hình vẽ nhiễu xạ khá đơn giản, bình thường có thể dễ dàng dựng lại hình vẽ cấu tạo và xếp sắp của các nguyên tử, nhưng đối với prôtêin và axít nuclêic và những tinh thể đại phân tử, thì việc dựng lại các hình vẽ nhiễu xạ rất phức tạp, vì thế rất khó xác định hình vẽ về cấu tạo và sắp xếp của các nguyên tử, đối với những chất hoàn toàn không có thứ tự sắp xếp, hiện nay vẫn chưa thể dùng cách nhiễu xạ để quan sát các nguyên tử bên trong và cách sắp xếp của chúng.
Khác với cách nhiễu xạ, một loại kính hiển vi điện tử mới có tên đường hầm rađa, lại lợi dụng hiệu ứng xuyên lượng tử của điện tử ở trong không gian nguyên tử, làm cho chúng ta có thể bằng trực quan ''nhìn'' thấy nguyên tử ở bề mặt vật chất, và có thể di động, điều khiển được những nguyên tử này. Trong hiệu ứng xuyên lượng tử, khoảng cách giữa dòng điện xuyên và không gian nguyên tử có quan hệ ỷ lại rất nhạy. Khi dùng một cái kim ở đầu một nguyên tử chuyển động trên bề mặt vật chất, dòng điện xuyên của kim và không gian vật chất cùng với quá trình chuyển tiếp giữa nguyên tử ở đầu kim và một không gian nguyên tử nào đó ở bề mặt vật chất liên hệ với nhau, vì thế có thể phân biệt được từng nguyên tử trên bề mặt vật chất.
Ưu điểm của kính hiển vi vì đường hầm rađa là có thể quan sát trực tiếp sự sắp xếp của nguyên tử trên bề mặt vật chất, nó không chỉ thích hợp với tinh thể mà còn có thể dùng cho việc nghiên cứu bề mặt đa tinh thể và những vật vô định hình. Nhưng, kính hiển vi điện tử đường hầm ra đa không ''nhìn'' thấy những nguyên tử ở sâu bên trong vật chất.
