Atom na historycznym zdjęciu rentgenowskim. Czegoś takiego jeszcze nie widzieliście

Są takie zdjęcia, które na stałe zapisują się w historii ludzkości. Czy obraz ukazujący pojedynczy atom wykonany z użyciem promieniowania rentgenowskiego również zyska miano kultowego?
Atom na historycznym zdjęciu rentgenowskim. Czegoś takiego jeszcze nie widzieliście

Na czele zespołu złożonego z przedstawicieli kilku różnych placówek badawczych zajmującego się tą sprawą stanął Saw-Wai Hla z Uniwersytetu w Ohio. To właśnie on i jego współpracownicy dokonali historycznego wyczynu: wykorzystali sygnał rentgenowski do zobrazowania atomu żelaza i terbu. 

Czytaj też: Astronomowie dostrzegli wyjątkowy pas promieniowania. Czegoś takiego jeszcze nie widzieli

Wbrew pozorom nie chodziło wyłącznie o bicie rekordów i osiągnięcie tego, co nigdy przedtem nie udało się innym naukowcom. Za ostatnimi dokonaniami idą bowiem praktyczne zastosowania, obejmujące przede wszystkim rosnące możliwości z zakresu wykrywania materiałów. O kulisach prowadzonego przedsięwzięcia naukowcy piszą na łamach Nature

Promieniowanie rentgenowskie jest nie tylko zaskakująco powszechne, ale przy tym bardzo często wykorzystywane przez ludzkość. Identyfikacja materiałów jest jednym z takich zastosowań, a rozwój synchrotronowych źródeł promieniowania rentgenowskiego i pojawienie się nowych instrumentów dodatkowo ułatwiły ten proces. O ile do tej pory potrzeba było około 10 000 atomów, aby możliwe było dokonanie identyfikacji, tak ostatnie postępy znacząco obniżyły tę liczbę.

Oczywiście duże ilości były potrzebne ze względu na fakt, że pojedyncze atomy są zbyt słabe, aby ich promieniowanie mogło zostać wykryte przez konwencjonalne detektory rentgenowskie. Dzięki dalszym postępom naukowcy powinni zyskać możliwość poznawania materiałów w skali pojedynczych atomów. To z kolei miałoby przynieść korzyści w kontekście badań środowiskowych i medycznych, wliczając to w analizy poświęcone tworzeniu leków.

Jak w ogóle udało się dokonać przełomu? Na początku trzeba było zdecydować, co zostanie zobrazowane, dlatego członkowie zespołu wybrali atom żelaza i terbu. Następnie wzbogacono konwencjonalne detektory promieniowania rentgenowskiego o specjalistyczny detektor wykonany z ostrej metalowej końcówki umieszczonej w bardzo niewielkiej odległości od próbki. Dzięki temu możliwe miało być zbieranie elektronów wzbudzonych promieniowaniem rentgenowskim. Takie podejście jest określane mianem synchrotronowej skaningowej mikroskopii tunelowej.

Czytaj też: Zwiększyli dokładność pomiarów bilion razy. Fińscy naukowcy napędzą rozwój technologii kwantowej

Ostatecznie naukowcy nie tylko dokonali obrazowania, lecz również wykryli stany chemiczne poszczególnych atomów. Na przykład atom terbu okazuje się stosunkowo odizolowany i nie zmienia swojego stanu chemicznego, natomiast atom żelaza silnie oddziałuje z otoczeniem. Dalsze badania nadal mają koncentrować się na używaniu promieniowania rentgenowskiego do wykrywania właściwości pojedynczych atomów. Wspomniany terb, będący metalem ziem rzadkich, może być dzięki temu lepiej poznany. A przecież używamy na między innymi w telefonach komórkowych, komputerach czy telewizorach.