Yetmiş yıl önce, Penn Eyalet Üniversitesi Park kampüsündeki Osmond Laboratuvarı’nda Evan Pugh Fizik Araştırma Profesörü Erwin W. Müller, bir atomu “gören” ilk kişi oldu. Bunu yaparken Müller mirasını sadece Penn State’te değil, aynı zamanda fizik ve ötesinde bir öncü olarak sağlamlaştırdı.
Aslen Almanya’dan Müller, 1951’de Pennsylvania Eyalet Koleji olarak adlandırılan Penn Eyaletindeki fakülteye katıldı. Laboratuarı, Saha Emisyon Laboratuvarı, aslen Osmond’un alt bodrumdaydı ve daha sonra 1954’te Osmond’un ikinci katına taşındı.
Müller’in araştırması 20 yıl boyunca mikroskoplardan toplanan görüntülerin çözünürlüğünü artırmak için teknolojiyi geliştirmeye odaklanmıştı. İlk olarak, iğne uçlarının yüzeylerini incelemek için kullanılan ve neredeyse atomik çözünürlüğe ulaşan 1936’da saha emisyon mikroskobunu icat etti. 1951’de, 1955’te tungsten atomlarını “gördüğü” araç olan alan iyonu mikroskobunu geliştirerek takip etti.
1955’te, Penn State’ten bir doktora kazanan Müller’in yüksek lisans öğrencisi Kanwar Bahadur, nihayet atomik çözünürlük elde etmek için çözünürlüğü denemek ve artırmak için alan iyon mikroskobunun tungsten ucunu soğutmak için sıvı azot kullanmayı denedi. Bahadur ve Müller birkaç ince ayarlamanın atomları görmelerine izin vereceğini umuyordu.
Bahadur ayarlamaları yaptı. Müller ortaya çıkan görüntüye baktı ve “Atomlar, JA, atomlar!”
Müller’in gördüğü şey sadece kimya ders kitaplarındaki çizimlere benzeyen atomların bir fotoğrafı değildi, dolayısıyla “bkz.” Field iyon mikroskobu, bu ilk görüntüler için tungsten yapılmış keskin bir metal ucu alarak ve ultra yüksek bir cam vakum odası yerleştirerek çalıştı. Oda daha sonra helyum gazı ile dolduruldu ve uç sıvı azot ile soğutuldu. Soğutulduktan sonra, ucuna pozitif bir voltaj uygulandı ve tungsten iyonları uçtan itildi. Bu iyonları bir fosfor ekranı ile toplamak, bireysel atomların atomik çözünürlüğünde büyütülmüş bir görüntü ile sonuçlandı.
Mauricio Terrones, George A. ve Margaret M. Downsbrough Fizik Bölümü Başkanı, Evan Pugh Üniversitesi profesörü ve kimya ve malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü “Günümüzde atomları görebilmek ‘atomları mikroskopi alanında büyük bir başarı olarak hatırlanıyor.
“Müller’in çalışmaları, çözünürlükte bir devrimi atlamaya yardımcı oldu. 1955’ten bu yana, atomik çözünürlük görüntüleme, sadece bireysel atomları görselleştirebilmekle kalmayıp, atomik ölçekte malzemelerin kristal yapısını ortaya çıkarmak için elektron mikroskopisi gerçekleştirdi; atomik spektroskopi atomik bağlama ve elemental kompozisyonu belirlemek için ve yüzey rekorsumu, 3’ü görselleştirme,” görselleştirme. “
Atom prob tomografisi (APT) gibi atom görüntüleme teknikleri öğrencileri alanın tarihini öğrendiklerinde, genellikle Müller’in alan iyonu mikroskobu ve daha sonraki keşifleri icadı ile başlarlar.
Terrons’un laboratuvarında önceki doktora sonrası araştırmacısı Oscar Lopez, “Apt alanına katıldığımda, Müller adı bilmem gereken bir şeydi.” “Sahadaki insanlar Müller ve mirasına gerçek bir saygı duyuyorlar.”
Bugün, Müller’in atomik çözünürlük görüntüleme ilerlemesi Penn State ve ötesinde araştırmalarda görülebilir.
DuPont Materyal Kimyası ve Ortak Departman Başkanı Araştırma Profesörü Raymond Schaak, “Kimya araştırmamız, nanoyapılı materyaller içindeki kesin yerlere yerleştirmek için çalışıyor ve bu atomları ve materyalleri görselleştirmek için atomik çözünürlük görüntüleme ve elektron mikroskopisi kullanıyor.” Dedi.
Müller’in çalışmaları, kimya ve malzeme bilimi ve mühendisliği yardımcı doçenti Danielle Reifsnyder Hickey’e göre Müller’in çalışmaları, zamanında akıllı telefonlar ve yeni nesil bilgisayarlar ve televizyonlar gibi, bu elektronların daha hızlı ve daha iyi çalışmasına izin veren yeni malzemeleri keşfetmeye ve karakterize etmeye çalışan Danielle Reifsnyder Hickey’e göre ilham vermeye yardımcı oluyor.
“Atomik çözünürlükte görüntülemeye izin veren sapma düzeltilmiş iletim elektron mikroskopisi kullanarak laboratuarım her gün kullanılabilecek güçlü yeni teknolojiler yaratmaya katkıda bulunuyor.” Dedi.
Schaak ve Hickey, araştırmalarını Penn State’in Malzeme Karakterizasyonu Laboratuvarı’na ev sahipliği yapan Malzeme Araştırma Enstitüsü’nde gerçekleştiriyor. Terrones, lisans öğrencilerinden kimya, fizik ve daha fazlasını inceleyen fakültelere, tesisi kullanan araştırmacılar, atomik ve nano ölçekli çözünürlük görüntülemenin sınırlarını ve uygulamalarını zorlamaya devam ediyor.
1951’de alan iyon mikroskobu icatından Müller’in, aracın görüntü çözünürlüğünü bireysel atomların görülebileceği bir dereceye kadar artırması dört yıl sürdü. 1955’teki bu başarı, John Dalton’un tüm maddenin atom adı verilen küçük bölünmez parçacıklardan oluştuğunu ilk kez önermesinden 147 yıl sonra geldi. Alan iyonu mikroskobu icat edildikten yaklaşık 25 yıl sonra, atomik çözünürlük elde edebilen tek mikroskoptu.
Bir atomu “görmek” Müller’in işini yavaşlatmadı.
1960’larda John A. Panitz, Atom Prob teknolojilerini okuyan doktora öğrencisi olarak Müller’in laboratuvarına katıldı. Panitz ve Müller birlikte 1967’de Atom Probu Ion Mikroskobu’nu icat ettiler. Müller ve Panitz de sırasıyla Lab’ın elektronik teknisyeni ve baş teknisyeni S. Brooks McLane ve Gerry Leroy Fowler ile çalıştı. Grup, Müller’in orijinal buluşunu ilerletti, böylece yeni atom prob alanı iyonu mikroskobu sadece bireysel atomları görmekle kalmayıp aynı zamanda kimyasal doğalarını da belirleyebildi.
Daha sonra, Penn Eyaleti’nden mezun olan ve şimdi New Mexico Üniversitesi’nde Fizik Profesörü olan Panitz, birçok kişi tarafından modern ticarileştirilmiş atom problarının öncüsü olduğu düşünülen 10 santimetre atom probunu ve görüntüleme atom probunu icat etmeye devam edecekti.
Bu enstrümanlar yarı iletkenler ve diğer teknolojiler için gerekli olan çalışma materyallerini mümkün kıldığında, birincisi Osmond Laboratuarının lobisinde görülebilen lokal elektrot atom probu dahil olmak üzere bu ticarileştirilmiş atom probları – 1990’ların sonlarında ve 2000’lerin başında ilerlemiştir.
Müller’in başarısı ona Ulusal Mühendislik Akademisi ve Ulusal Bilimler Akademisi’ne seçim de dahil olmak üzere birçok övgü getirdi. Müller 1977’de beklenmedik bir şekilde ölmemiş olsaydı, birçoğu Nobel Fizik Ödülü’nü kazanmaya devam edeceğine inanıyordu. Aynı yıl Başkan Jimmy Carter, ölümünden sonra Müller Ulusal Bilim Madalyası’nı verdi.
Laboratuarın bir zamanlar Müller’in Field Emisyon Laboratuvarı olan Terrones, “Müller’in çalışmasının mirasını hatırlamak Penn State’te önemlidir.” Dedi. “Onun ve fizikteki diğer keşifler bugün biyoloji, malzeme bilimi ve tıpta teknolojinin geliştirilmesine yardımcı oluyor ve yardımcı oluyor.”
