Atomnivån

Atomnivån avser studier av materiens struktur och egenskaper på den skala där atomer och deras elektroniska skal dominerar. Den typiska längden ligger omkring 0,1 till 0,5 nanometer och fenomenen präglas av kvantmekaniska regler, där elektronernas fördelning och energinivåer avgör hur atomer interagerar.

I varje atom finns en kärna av protoner och neutroner, omgiven av elektroner som befinner sig i virtuella orbitaler eller elektronmoln enligt kvantmekanikens kvantiserade energinivåer. Elektronerna deltar i kemiska bindningar och bestämmer atomens kemiska egenskaper och reaktivitet. Isotoper skiljer sig i antalet neutroner men behåller kemiska egenskaperna. På den här skalan uppträder också subatomära företeelser, som tunnling och superposition, vilka påverkar hur atomer binds samman i molekyler.

Kännedom om atomnivån används inom många områden: kemisk bindning och molekylstruktur, materialvetenskap, nanoteknik, katalys, läkemedelsdesign och kvantteknik. Metoder för att undersöka atomerna inkluderar bildgivande tekniker som tunneldiod- eller transmissionsmikroskopi (STM/TEM) som kan visa individuella atomer, samt röntgendiffraktion, röntgenkristallografi och spektroskopi som avslöjar elektroniska och strukturella egenskaper hos material.

Begränsningar finns i att mätningar ofta disturbance systemet och kräver ultrahöga vacuum- och temperaturförhållanden samt noggrann tolkning av kvantfenomen. Atomnivån utgör grunden för hur makroskopiska egenskaper uppstår i materia.