U dosad neviđenom znastvenom podhvatu, skupina znanstvenika pod vodstvom Saw Wai Hla, profesora fizike na Sveučilištu Ohio i znanstvenika u Nacionalnom laboratoriju Argonne, uspješno je snimila prvi rendgenski potpis pojedinačnog atoma. Ovo potencijalno transformativno postignuće, koje je financiralo Američko ministarstvo energetike, Ured za osnovne energetske znanosti, moglo bi redefinirati način na koji znanstvenici identificiraju materijale.
Rendgenska slika pojedinačnog atoma
Od Roentgenovog otkrića 1895. godine, rendgenski snimci pronašli su široku primjenu, od medicinske dijagnostike do istraživanja svemira. Rendgenski snimci bili su ključni u identifikaciji sastava materijala u uzorcima. Zahvaljujući napretku poput izvora rendgenskih zraka na sinkrotronu i vrhunskih instrumenata, detekcija je postala izvediva čak i na atogramskoj razini – približno 10,000 atoma. No, do sada, fotografiranje pojedinačnog atoma ostalo je neostvarena težnja, uglavnom zbog iznimno slabog signala koji atom emitira, što ga čini nedetektiranim tradicionalnim rendgenskim detektorima. Ovaj dugogodišnji san, kako Hla izražava, sada postaje stvarnost.
Poboljšana atomska analiza
“Slikanje atoma uobičajeno je sa skenirajućim mikroskopima, ali bez rendgenskih zraka, njihov sastav ostaje neuhvatljiv. Naše otkriće nam omogućuje da identificiramo tip pojedinačnog atoma i istodobno izmjerimo njegovo kemijsko stanje,” rekao je Hla, direktor Instituta za nanoskale i kvantne fenomene na Sveučilištu Ohio. Ovaj razvoj ima potencijalno značajne implikacije za okolišne i medicinske znanosti te bi čak mogao omogućiti revolucionarne lijekove za čovječanstvo.
Istraživanje iza rendgenske slike pojedinačnog atoma
Istraživački rad, objavljen 31. svibnja 2023. godine u časopisu Nature, detaljno opisuje korištenje prilagođenog sinkrotronskog rendgenskog instrumenta na Naprednom izvoru fotona i Centru za nanoskalne materijale u Nacionalnom laboratoriju Argonne. Ovaj inovativni pristup uključivao je detekciju rendgenskog signala željeznog i terbijevog atoma, svakog ugrađenog u specifične molekularne domaćine.
Revolucionarna tehnika: SX-STM
Tim je kombinirao tradicionalne rendgenske detektore sa specijaliziranim detektorom koji ima oštar metalni vrh postavljen u blizini uzorka. Ova metoda, poznata kao rendgensko skenirajuće tunelsko mikroskopiranje (SX-STM), omogućila je detekciju rendgenski uzbuđenih elektrona. Rezultirajući spektri služe kao jedinstveni identifikatori, slični otiscima prstiju, koji mogu precizno razlikovati elementarni tip materijala.
Šire implikacije i budući izgledi
Tolulope Michael Ajayi, prvi autor rada, naglašava transformativni potencijal ovog razvoja, koji bi mogao potaknuti istraživanja i stvoriti nove tehnologije u različitim područjima, uključujući kvantne informacije i detekciju tragova elemenata u okolišnim i medicinskim istraživanjima. Hla, veteran u metodi i razvoju instrumenata SX-STM tijekom 12 godina, cilja dalje razviti ovu tehniku da bi istražio utjecaje okoliša na pojedinačni rijedak zemaljski atom.
Primjene u svakodnevnoj tehnologiji
Nalazi bi mogli značajno utjecati na manipulaciju atomima unutar različitih materijala, utječući na industrije od mobilnih telefona do televizora. Tim je također razvio novu metodu, “rendgensko uzbuđeni tunelski rezonanci ili X-ERT,” koja omogućuje detekciju orijentacije pojedinačne molekule na površini materijala koristeći sinkrotronske rendgenske zrake.
Hlin tim, koji uključuje nekoliko diplomiranih studenata OHIO-a i profesora kemije Erica Massona, namjerava nastaviti koristiti rendgenske zrake za identifikaciju svojstava pojedinačnih atoma i unaprijediti njihove primjene za kritična istraživanja materijala i dalje.
Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram –t.me/kozmoshr
