Задание №163894: Задание 4

4 Задача 6. Идея молекулярных фабрик основана на возможности создавать вещества на уровне отдельных атомов и молекул. Для этого необходимо наблюдать, перемещать и химически модифицировать отдельные частицы. Такой уровень контроля стал возможен благодаря сканирующему туннельному микроскопу (СТМ), который регистрирует туннельный ток между металлическим острием и поверхностью, записывая карту туннельных токов I(x,y). В упрощенной модели зависимость тока I от расстояния d между объектом и иглой имеет экспоненциальный вид (все величины в СИ): 2𝑚Φ 𝐼(𝑑) = 𝐼 𝑒#%!&, 𝑘 = 0 " ℏ% где 𝑚 = 9,11 ⋅ 10#'( кг – масса электрона, Φ = 4,5 эВ – работа выхода электронов, ℏ = 1,06 ⋅ 10#') Дж/с – приведенная постоянная Планка. 1 эВ = 1,60 ⋅ 10#(* Дж. Пусть на пустой поверхности на координатах (0,0) находится одиночный атом ксенона. При прохождении иглы над этими координатами туннельный ток изменился в 50000 раз. 6-1. Туннельный ток увеличился или уменьшился при прохождении иглы над атомом ксенона? 6-2. Рассчитайте значение константы k, укажите размерность. 6-3. Определите эффективную высоту атома ксенона в нм. СТМ позволяет помимо наблюдения передвигать атомы. Для этого иглу устанавливают над атомом и увеличивают туннельный ток. В результате этого, взаимодействие между иглой и атомом становится достаточно сильным, и атом начинает следовать за движением иглы в плоскости (x,y). Последовательно перемещая атомы и проверяя их a положение, можно выкладывать заданные изображения из отдельных атомов. Пример такой картины из атомов b ксенона представлен справа. Вандерваальсов радиус атома ксенона 216 пм. 6-4. Оцените размер изображения a × b, ответ приведите в нм. На подложке СТМ можно полноценно собирать молекулы с атомарной точностью. Один из примеров такого процесса – создание графеновых нанолент из мономера S , синтез которого