これまでで最も高解像度の単一原子画像

アメリカのイリノイ大学アーバナ・シャンペーン校（UIUC）を中心とする研究チームは、最新の電子顕微鏡を用いて、これまでにない最高水準の精度で1つの原子像を撮影することに成功しました。

研究では原子1個の像の“わずかなぼやけ”から、熱で生じる揺れが直接とらえられており、原子レベルでの熱の動きを解明する手掛かりになると期待されています。

目に見えない原子の小さな「震え」をとらえることが、いったいどんな新しいテクノロジーを生み出すのでしょうか？

研究内容の詳細は2023年7月24日に『Science』にて発表されました。

『原子の震え』を追う

「寒いと人は震える」とよく言われますが、実は物質を構成する「原子」も揺れています。

人間の場合は寒いと筋肉が震えて体温を作り出しますが、原子は逆に熱を持つほど活発に震え、動き回ります。

これは、物質を形作るすべての原子が、それぞれの位置で絶えず小さく振動し続けているためです。

実は、このように原子が振動することこそが、私たちが「熱」と呼んでいるものの正体です。

例えば「二硒化タングステン（WSe₂）」という物質の場合、私たちにとって快適な室温（約20℃）の状態でも、原子たちは1秒間に途方もなく速く何兆回もの小さな揺れを繰り返しています。

その揺れ幅は「5〜6ピコメートル」という極めて小さなサイズです。

「ピコメートル」というのは聞きなれない単位ですが、1メートルを1兆分の1にしたのが1ピコメートルで、原子はそのさらに数倍程度の幅で震えているわけです。

人間の目はもちろん、普通の顕微鏡でさえ全く見ることができないほど小さいため、私たちが普段の生活でその存在を意識することはありません。

それでも私たちが物に触れて「あたたかい」「冷たい」と感じるのは、この目に見えない原子たちが活発に動いているか、それとも静かで落ち着いているかの違いなのです。