Ten przełomowy pomysł został potwierdzony eksperymentalnie. Najpierw naukowcy wykazali, że elektrony mogą ulegać dyfrakcji, czyli podobnie jak fale świetlne zaginają się podczas przechodzenia przez bardzo wąskie otwory. To zdumiewające odkrycie okazało się iście rewolucyjne i doprowadziło m.in. do stworzenia takich urządzeń, jak mikroskop elektronowy.
W przypadku atomów i cząsteczek wykazanie zjawiska dualizmu korpuskularno-falowego okazało się znacznie trudniejsze. Wynika to z tego, że atomy są znacznie cięższe od elektronów — najlżejszy atom jest niemal dwa tysiące razy masywniejszy od elektronu — i znacznie trudniej doprowadzić do jego dyfrakcji. Owszem, z czasem udało się doprowadzić do dyfrakcji wskutek odbicia atomów od specjalnie do tego przygotowanej powierzchni, ale już doprowadzenie do dyfrakcji wskutek przejścia przez kryształ nikomu aż dotąd się nie udało.
Czytaj także: Przenieśli atomy z miejsca na miejsce. Zjawisko tunelowe doprowadziło do historycznego wyczynu
Trudności w tym przypadku wynikały głównie z niezwykle skomplikowanej natury kryształów. Składają się one z atomów ułożonych w regularny powtarzający się wzór. Aby jednak atom uległ dyfrakcji na krysztale, przestrzenie między elementami „kratownicy” kryształu muszą być porównywalne pod względem wielkości do długości fali atomu. Stworzenie tak drobnych struktur przez długi czas znajdowało się poza zasięgiem naszych możliwości technologicznych.
A gdyby tak przepuścić atomy przez kryształ o grubości jednego atomu?
Sytuacja zmieniła się dopiero stosunkowo niedawno za sprawą naukowców odpowiedzialnych za stworzenie unikalnego materiału, jakim jest grafen. Z definicji grafen to warstwa atomów węgla o grubości zaledwie jednego atomu. Arkusz grafenu o takiej grubości jest według badaczy idealnym materiałem do eksperymentów mających na celu dyfrakcję atomów.
Czytaj także: Naukowcy sfotografowali atomy w rekordowej rozdzielczości. Czy to limit obrazowania?
W ramach swoich eksperymentów fizycy wystrzeliwali pojedyncze atomy wodoru i helu, czyli najlżejsze atomy ze wszystkich dostępnych, w kierunku właśnie takiego arkusza grafenu. Istniała oczywiście możliwość, że poruszające się z wysoką prędkością atomy uderzając w arkusz grafenu, doprowadzą do jego uszkodzenia. Tak się jednak nie stało. Zamiast tego, dzięki osobliwościom mechaniki kwantowej, atomy ulegały dyfrakcji podczas przejścia przez strukturę arkusza grafenu, nie uszkadzając przy tym jego struktury.
Po stu latach prób udało się zatem potwierdzić eksperymentalnie, że nawet atomy są w stanie wykazywać zachowanie falowe w kryształach w odpowiednich warunkach. Z jednej strony zatem jest to osiągnięcie potwierdzające nasze przypuszczenia dotyczące natury materii, a z drugiej jest to przyczynek do nowych zastosowań technologicznych. Skoro dyfrakcja elektronów doprowadziła do powstania mikroskopów elektronowych, to i dyfrakcja atomów może doprowadzić do stworzenia nowych technik manipulowania materią na poziomie atomowym.