|
Mikrodünyayı Gören Gözler
Mesut Özel |
|
Gözlerimizin, içinde yaşadığımız dünyayı ve uzayı görebilme kabiliyeti oldukça sınırlıdır. Dalga boyu 3000-7000 Angström(Aº) arasındaki ışıklara duyarlı olan göz hücrelerimiz, bu bölge dışındaki kuantlara duyarsızdır. Ufkumuz, çıplak gözle görebileceğimiz en küçük tanecik ile mesafeler arasına sıkışıp kalmıştır neredeyse. Dolayısıyla, daha uzak ve daha küçük boyutların görülebilmesi için teleskop ve mikroskop kullanırız. Böylece, bir yandan galaksileri ve yıldızları teleskopla, diğer yandan hücreleri, molekülleri hatta atomik düzeyi mikroskop yardımıyla inceleriz. Ne var ki teleskopla ulaşabildiğimiz en son noktanın ötesinde (yaklaşık 15 milyar ışık yılı) daha sayısını bilemediğimiz kadar galaksi ve yıldız bulunmakta, mikroskoplar vasıtasıyla görülebilen boyutların altında da daha nice sırlı dünyalar yer almaktadır. Mikrokozmosa ilk adım, 1674 yılında klasik optik mikroskobun icadı ile birlikte atılmıştır. Bir optik mikroskopta görüntü, kullanılan ışık kuantları ile incelenen yapı arasındaki etkileşmeler sonucu oluşmaktadır. Böyle bir mikroskop ise ancak hücrenin genel yapısı hakkında bilgi verebiliyordu. Hücreden daha küçük yapıları, sözgelimi proteinleri, polimerleri veya molekülleri göstermiyordu; çünkü ayırma gücü ancak 2500Aº civarındaydı. Peki o halde daha küçük yapıların incelenmesi nasıl mümkün olacaktı? 1930’lu yıllarda elektron mikroskobunun keşfiyle birlikte mikroskobi sahasında ikinci dev adım atıldı. Elektron mikroskobunun temeli kısaca şudur: Eğer bir elektronun enerjisi artırılırsa, o oranda dalga boyu kısalır, dolayısıyla frekansı artar ve küçük boyutlara nüfuz kabiliyeti yükselir. Buradaki önemli nokta kullanılan elektronların dalga boyunun gözlenmek istenen yapıların boyunda olması gerekliliğidir. Atomlar arasındaki ortalama mesafenin 3Aº civarında olduğu göz önüne alınırsa optik mikroskobun atomik yapıları inceleyemeyeceği açığa çıkar. Elektron mikroskobu ise moleküler düzeyde ve hatta bazı yapılarda atomik düzeyde görüntüleme yapabilmekte, bilhassa biyoloji dalında hücre yapısının detaylı olarak incelenmesinde, ayrıca fizik, kimya ve tıpta kullanılmaktadır. Mikroskobi sahasındaki üçüncü ve belki de en önemli gelişme 1981 yılında Taramalı Tünel Mikroskobunun (TTM) ve bunu takiben 1985 yılında Atomik Kuvvet Mikroskobunun (AKM) keşfi prensipleri diğer mikroskoplardan tamamen farklıdır. Bu iki mikroskop sayesinde bilim tarihinde ilk defa olmak üzere moleküller ve atomlar dolaysız olarak gözlenmiştir. Elde edilen görüntüler teorik fiziğin öngördüğü yapılar ile tamamen uyuşmaktadır. Günümüzde her iki teknik de olgunlaşmış olup hemen hemen deneye dayalı bütün bilim dallarında kullanılmaktadır. Şimdi bu iki mikroskobu kısaca inceleyelim. Taramalı Tünel Mikroskobu (TTM), hem moleküler, hem de atomik seviyedeki yapıları görüntüleme kabiliyetine sahiptir. İlk defa temelleri G.Binnig ve H.Röhrer tarafından atılmış ve buldukları bu mikroskop sayesinde 1986 yılında Nobel Fizik ödülüne layık görülmüşlerdir. TTM elektronları çok kolay ileten malzemelerin, (süper iletken, iletken ve yarı iletkenlerin) yüzeylerini incelemekte kullanılmaktadır. TTM’nin çalışma prensibi Kuantum Mekaniğinin tünelleme prensibine dayanmaktadır. İletken bir malzemeden yapılmış olan mikroskop iletken bir malzemenin yüzeyine yaklaştırılır. Bilinen limit değere gelindiği zaman ile olmuştur. Her iki mikroskobun da çalışma başlar. Bu arada mikroskop ve yüzey arasına çok küçük bir gerilim uygulanırsa, bu gerilimin pozitif veya negatif olmasına bağlı olarak mikroskoptan yüzeye ya da yüzeyden mikroskoba doğru elektronlar tünellenir. Diğer bir deyişle bir elektrik akımı hâsıl olur. Bu durumda ya akım veya mikroskopyüzey mesafesi sabit tutularak mikroskop malzemenin yüzeyini tarar ve bir topografik görüntüye ulaşılır. Bu görüntü bir kompüter yardımıyla renklendirilip daha iyi bir görüntü elde edilir. TTM’nin endüstri alanında sayılamayacak kadar uygulama alanı olup burada sadece bir kaçını vermekle yetineceğiz. Bu uygulamalardan birincisi, bilgisayar sabit belleklerine kayıt yapan kafaların yüksek kaliteli olarak üretilmeleridir. Bir diğer uygulama da, kompakt disklerin yapıları bu alet ile incelenmiştir. Bir başka ilgi çekici uygulama alanı da mikroelektroniktir. Elektronik malzemelerin boyutları gittikçe küçüldüğünden yüzeylerde meydana gelen olaylar daha önem kazanmakta ve bu yüzeylerin incelenmesi de TTM ile daha kolay olmaktadır. Bunun yanında elektrokimyada daha kaliteli pillerin yapımında da kullanılmaktadır. Bugün TTM artık bir mikroskop olmaktan çıkmış olup milimetrenin binde biri boyutunda imalat ve tamirat yapabilen bir alet durumuna gelmiştir. Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM) ise, çalışma prensibi bakımından AKM daha çok bizzat atomlar ile hafif temas etmekte olup, atomlar atası TTM’ye benzemekle beraber aralarında bazı temel farklar bulunmaktadır. AKM daha çok bizzat atomlar ile hafif temas etmekte olup, atomlar arası kuvvetleri esas almaktaÂdır. Yüzeydeki atomların dizilişini bozmadan tek tek bu atomları hissetme kabiliyetine sahiptir. AKM sayesinde çok çok küçük kuvvetlerin ölÂçülmesi başarılmıştır. AKM özellikle biyolojik maddelerin incelenmesinde fayÂdalıdır. Birçok organik molekül, bazı aminoasitler bu mikroskop sayesinde detaylı olarak görüntülenmiştir. TTM gibi AKM de atomik seviyeÂdeki yapıları inceleyebiÂlir. Bu mikroskop bilhassa manyetik malzemeler üzerine yapılan temel araştırmalara ışık tutmaktadır. İnsan gerçekten öyle bir boyuta yerleştirilmiş ki, hem büyüğü hem de küçüğü gözleme, kâinatı daha derin boyutlarıyla anlama imkânına sahip kılınmıştır. Çağımızdaki baş döndürücü ilmî geÂlişmelerle evrendeki yeÂrini, kendi yapısını, özüÂnü ve evren ile olan ilÂgisini daha iyi kavramaya başlamıştır. Gerek zerre gerekse kürre evreninde sergileÂnen tüm güzellikler temiz kalplerde hep aynı duyÂguyu uyandırmıştır: Tüm bunlar boşuna değil, biÂlakis bir Sanatkâr, muhÂteşem sanatını sergiliyor. Hem kâinatın güzelliğini hem de anlaşılmadığını birÂbirine dürüp kendi kudÂretini sergiliyor. Ve şu kâinatta bir hiç hükmünÂde olan insana düşen vaÂzife ise, O'nun kudretini ve sanatını gereğince takÂdir etmektir. Not. 1Aº=10- 8 santimetre olup, bir santimetrenin 100 milyonda birine karşılık gelmektedir. KAYNAKLAR —G Binnig and H. Rohrer, Reviews of Modern Physics, Vol, 59, No:3, Part 1, July 1987. —G. Binig, C. F. Quate, and Ch. —Gerber, Physical Review Letters, Vol. 56, No. 9, March 1986. —D. Rugar. H. J. Mamin, P. Guethner. S. E. Lambert, J. E. Stem, I. McFadyen, and T. Yogi, Journal of Applied Physics, Vol. 68 (3), August 1990, |
|
