Можно ли использовать электромагнитные поля для деконструкции и реконструкции атомов?

Это легко выполнимо, если учесть зависящие от времени электромагнитные поля или, точнее, импульсы света. Это связано с тем, что свет может быть сфокусирован в узкое фокусное пятно размером ~ длины волны, таким образом сжимая много энергии (и, следовательно, электромагнитного поля) в узкое пятно. Это невозможно при использовании статических полей, которые не могут достигать максимума, кроме как в своих источниках. Не менее важно и то, что можно приготовить действительно короткие импульсы излучения, которые сжимают за короткое время (т.е. несколько фемтосекунд) энергию, хранящуюся в лазерной среде в течение миллисекунды или около того. Это позволяет довольно скромным энергиям - порядка миллиджоуля - создавать электрические поля, сравнимые с электрическими полями атома (как в ответе Джона Ренни), достаточно долго, чтобы ионизировать практически любой атом.

Обратите внимание, что для этого не требуется макроскопический образец (хотя на самом деле обычно требуется наблюдение!). Если вам удастся каким-то образом заставить один атом оставаться неподвижным в известном положении (что является выполнимым, но нетривиальным упражнением), то запуск достаточно сильных лазерных импульсов ионизирует его, высвобождая один электрон. Вы, конечно, можете высвобождать больше электронов, но это, естественно, будет становиться все труднее и труднее (так что тройная ионизация — это максимум, на что вы можете надеяться). Энергии фотонов (которые пропорциональны частоте) на самом деле не представляют проблемы в этом высокоинтенсивном режиме, где многофотонная ионизация и туннельная ионизация становятся основными механизмами при переходе от оптических к ИК и более низким частотам.

Что касается обратного в вашем вопросе, у нас нет ничего похожего на технологию «атомарной печати» таблицы, атом за атомом, и я бы поставил под сомнение возможность такой схемы. Оптический пинцет, например, можно использовать для перемещения молекул, и их размещение на поверхности потенциально может работать, но их пространственное разрешение ограничено (длиной волны, которая не может быть слишком короткой, иначе материал начнет ломаться). Хуже того, вам придется работать над этим примерно в геологическом масштабе, чтобы получить что-то значительное.

С другой стороны, метаматериалы — хороший пример, когда мы можем создавать материалы с точностью до атомного масштаба, чтобы они обладали нужными нам макроскопическими свойствами, включая такую ​​экзотику, как отрицательные показатели преломления или сильно киральные среды. Хотя это не совсем соответствует тому счету, который вы просите, я думаю, что это принципиально более круто с дополнительным бонусом в виде возможности.

Чрезвычайно трудно разорвать изолированный атом электрическим полем. Гораздо проще ионизировать газ из многих атомов, но механизм другой. Давайте пока остановимся на изолированном атоме, чтобы понять, почему это сложно.

Рассмотрим изолированный атом водорода. Энергия связи протона и электрона составляет 13,6 эВ, а среднее расстояние составляет около 0,05 нм. Таким образом, чтобы разорвать электрон и протон, вам нужен градиент поля около 13,6 В на 0,05 нм. Преобразование этого в более разумные единицы дает около 2,7$\times$10$^{11}$вольт/метр, и это намного выше того, что мы можем создать в лаборатории.

Я сказал, что легче ионизировать газ из многих атомов. Предположим, вы приложили сильное электрическое поле к газообразному водороду и предположили, что где-то в газе есть блуждающий электрон. Давайте не будем беспокоиться о том, откуда взялся электрон; возможно, его произвел проходящий космический луч. Так или иначе, свободный электрон начнет разгоняться вдоль силовых линий электрического поля и в какой-то момент врежется в атом. Если энергия столкновения значительно превышает 13,6 эВ, электрон ионизирует атом, с которым он столкнулся, и теперь у вас есть два свободных электрона. Эти два электрона, в свою очередь, ускорятся и столкнутся с другими атомами, и вы получите электронную лавину.. Длина свободного пробега электрона в воздухе составляет около 0,5 мкм, поэтому соответствующее электрическое поле составляет 27 МВ/м, и это легко достижимо. Подробнее об этом можно прочитать в статье Википедии о законе Пашена .

Электрическая сила = 5,145175226 X 10 ^ 11 Н/Кл Магнитная сила = 235125,6635 Тл, поэтому скорость электрона = E/B = 2,188266,117 мс^-1 = C/137