Először sikerült röntgenfelvételt készíteni egyetlen atomról
Mióta Wilhelm Conrad Röntgen 1895-ben felfedezte a róla elnevezett röntgensugárzást, az eljárást a tudomány számos területén felhasználták: az orvosi vizsgálatokon túl például a biztonsági átvilágításoknál vagy az űrkutatásban is fontos szerepe van – a NASA Curiosity marsjárójának röntgenkészüléke például a marsi kőzetek anyagösszetételét vizsgálja.
A tudományos mintákban lévő anyagok típusának azonosítása rengeteget fejlődött az évek során, a technológiai fejlődésnek köszönhetően jelentősen csökkent az a minimális anyagmennyiség, amennyi a röntgensugárzással való kimutatáshoz szükséges. Ma a legkisebb mennyiség, amit egy mintában meg lehet így vizsgálni, körülbelül 10 ezer atom, mivel az egy atom által keltett röntgensugárzás nagyon gyenge, így hagyományos detektorokkal nem lehet kimutatni.
Most azonban ez is sikerült: egy amerikai kutatócsoport az Ohiói Egyetem és az illinois-i Argonne Nemzeti Laboratórium vezetésével elkészítette a világ első röntgensugaras felvételét egyetlen atomról, ami forradalmasíthatja az anyagok érzékelésének módját.
„Az atomokat rutinszerűen le tudjuk képezni pásztázószondás mikroszkópokkal, de röntgensugárzás nélkül nem lehet megmondani, miből állnak. Most már pontosan ki tudjuk mutatni egy bizonyos atom pontos típusát, és egyben mérni tudjuk a kémiai állapotát is” – mondta Saw Wai Hla, az Ohiói Egyetem Nanoszintű és Kvantumjelenségek Intézetének igazgatója, a kutatás vezetője. Hla szerint ezáltal az anyagokat a végső határig, egyetlen atomig vissza tudják követni, ami jelentősen befolyásolja majd a környezet- és orvostudományokat, és talán még olyan gyógymódokat is találhatunk általa, amelyek óriási hatással lehetnek az emberiségre. „Ez a felfedezés át fogja alakítani a világot” – mondta a kutató.
A felfedezést bemutató tanulmány szerdán jelent meg a Nature-ben, és az atomról készült felvétel egy változata a nyomtatott folyóirat júniusi számának címlapjára is felkerült.
A kutatók a szinkrotron röntgensugaras pásztázó alagútmikroszkópia (SX-STM) technológiáját alkalmazták egy vas- és egy terbiumatom vizsgálatához. Ennek lényege, hogy egyetlen atom jelének észleléséhez a hagyományos röntgensugár-detektorok mellett egy éles fémhegyből készült speciális detektort helyeznek a minta közvetlen közelébe, hogy begyűjtsék a gerjesztett elektronokat.
Az egyes atomok kémiai állapotát is sikerült kimutatni. „Amikor összehasonlítottuk egy vasatom és egy terbiumatom kémiai állapotát a megfelelő hordozómolekuláikban, azt találtuk, hogy a terbiumatom, ami egy ritkaföldfém, elszigetelt és nem változtatja meg a kémiai állapotát, míg a vasatom erősen kölcsönhatásba lép a környezetével” – mondta Hla. A tudósok így már nemcsak egy elem típusát, hanem annak kémiai állapotát is meg tudják határozni, így jobban tudják kezelni a különböző anyagokban található atomokat, hogy kielégítsék az egyes tudományágak folyamatosan változó igényeit.