Skaningowy mikroskop tunelowy umożliwia oglądanie powierzchni w skali atomowej. Wykorzystuje on zjawisko tunelowe, pozwalające elektronom na pokonywanie próżni pomiędzy badaną próbką a elektrodą. Powstaje w ten sposób mierzalny prąd elektryczny. Przesuwając elektrodę nad próbką i kontrolując jej odległość od próbki tak, aby natężenie prądu było stałe, uzyskuje się trójwymiarowy obraz powierzchni. Obraz ten w przybliżeniu odpowiada wielkości orbitali elektronowych na zapełnionych powłokach w atomach próbki.
Innym rodzajem mikroskopii na poziomie atomowym jest mikroskopia sił atomowych, która działa na zasadzie przemiatania ostrza nad lub pod powierzchnią próbki i pomiarze sił działających na to ostrze. W odpowiednich warunkach technika ta pozwala na rejestrację pojedynczych atomów na powierzchni próbki.
Atomy mogą ulegać jonizacji, tracąc lub przyłączając elektrony. Uzyskują wtedy ładunek elektryczny i można nimi sterować za pomocą pola elektrycznego i magnetycznego. W polu magnetycznym jony poruszają się po okręgach o promieniu zależnym od ich masy i ładunku, ale niezależnym od prędkości. Spektrometria mas wykorzystuje to do identyfikacji izotopów i składów pierwiastkowych cząsteczek. Jeśli badana próbka zawiera atomy różnych izotopów, spektrometr pozwala na rozdzielenie ich i określenie procentowej ich zawartości. Metoda ta umożliwia jedynie określenie ilości poszczególnych atomów w próbce, bez możliwości określenia miejsca atomu w cząsteczce.
Do uzyskiwania informacji o położeniu różnych atomów w jakiejś strukturze służy spektroskopia strat energii elektronów (EELS). W technice tej wykorzystuje się elektronowy mikroskop transmisyjny do przepuszczania elektronów przez próbkę. Następnie mierzy się straty energii tych elektronów, wynikające z wybijania elektronów i wzbudzania drgań sieci krystalicznej próbki. Metoda ta pozwala na uzyskiwanie nanometrowej rozdzielczości i na trójwymiarowe obrazowanie przemieszczeń atomów w czasie femtosekund. Ułożenie atomów w sieci krystalicznej można określić poprzez analizę dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego za pomocą technik rentgenografii strukturalnej. Uzyskane trójwymiarowe mapy gęstości elektronowych pozwalają m.in. na ustalenie struktur badanych cząsteczek, długości wiązań chemicznych i kątów między nimi.
Widma stanów wzbudzonych umożliwiają analizę składu chemicznego odległych gwiazd. Zestaw częstotliwości występujący w tych widmach można porównywać z częstotliwościami wytwarzanymi przez odpowiednią mieszaninę gazów w lampach wyładowczych. W ten sposób pierwiastek hel został odkryty w Słońcu 23 lata przed zaobserwowaniem go na Ziemi.
Drgania atomów w cząsteczkach chemicznych można analizować za pomocą spektroskopii w podczerwieni i spektroskopii Ramana, a przejścia elektronowe między dozwolonymi poziomami energetycznymi za pomocą spektroskopii w ultrafiolecie i świetle widzialnym. Do badania właściwości magnetycznych atomów stosowane są: spektroskopia elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR), spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) i spektroskopia jądrowego rezonansu kwadrupolowego (NQR).
Mój nowy ulubiony blog! 😀