Нити толщиной в один атом встречаются в научной фантастике, там с их помощью творят безобразия, например, разрезают противника пополам, взмахнув такой нитью.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Нить из атомов

Нити толщиной в один атом встречаются в научной фантастике, там с их помощью творят безобразия, например, разрезают противника пополам, взмахнув такой нитью. В природе обнаружены нити только из атомов углерода, причём двух типов — с двойными связями и с чередованием одинарных и тройных (углерод четырёхвалентен). Они могут быть, по атомным понятиям, внушительны, до 6400 атомов — примерно микрон длиной. Правда, насчёт того, могут ли они стабильно существовать, не взаимодействуя с другими атомами, то есть свободно витая в пространстве, есть некоторые сомнения.

Но если не требовать, чтобы они витали свободно, а допустить их соседство с другими атомами, то ситуация делается проще. Создать цепочку атомов, то есть нить, мирно лежащую на подложке, можно — например, укладывая их в ряд атом за атомом. Для массового производства этот способ не годится.

Можно взять подложку, на которой есть ступеньки, напылить на неё интересующие нас атомы и нагреть. Напылённые атомы, мигрируя по подложке, расположатся вдоль ступенек, потому что у ступеньки напылённый атом связан с двумя атомами подложки — снизу и сбоку. Цепочки атомов, «нити на подложке», интересны, в частности, потому, что на их основе можно попробовать создать предельно миниатюрные приборы.

Но напыление идёт при высокой температуре, а полученную нить надо исследовать при более низкой температуре, при которой будут когда-нибудь работать приборы на основе таких нитей. При понижении температуры атомы должны перестроиться (при изменении температуры у всех объектов изменяются размеры), но перестраиваются они медленно. И получается, что экспериментаторы исследуют не то состояние, которое установится со временем, а другое, более «высокотемпературное».

На эту проблему обратили внимание исследователи из МГУ и Федерального исследовательского центра химической физики, они построили модель поведения нитей на подложке и, в частности, их перестройки при изменении температуры.

Сыромятников А. Г., Кудряшов С. А., Салецкий А. М., Клавсюк А. Л. Влияние процесса нагрева и охлаждения на длины одномерных атомных структур. ЖЭТФ, 2021, вып. 9, с. 410.

№11, 2021