Yhden atomin tuottama signaali on aiemmin ollut liian heikko havaittavaksi.
Yhden atomin kuvaaminen röntgensäteillä on onnistunut ensimmäistä kertaa Yhdysvalloissa. Ohion yliopiston johtama ryhmä tunnisti yksittäisen rauta-atomin sekä maametalli terbiumin atomin.
Tähän asti pienin mahdollinen kohde röntgensäteillä tutkittavaksi on ollut attogramman eli gramman triljoonasosan painoinen, mikä on suuri yksittäiseen atomiin verrattuna.
Tutkijoiden mukaan menetelmä voi mullistaa materiaalien tutkimuksen.
”Tämä tulos muuttaa maailmaa”
Yli satavuotiaita röntgensäteitä hyödynnetään nykyisin yleisesti, niin lääketieteessä kuin vaikkapa fysiikan perustutkimuksessa ja astrofysiikassa.
Marsissa Yhdysvaltain avaruushallinnon mönkijä Curiosity tutkii röntgenlaitteellaan planeetan kivien koostumusta. Tärkeä sovellus on juuri materiaalien ja alkuaineiden tutkiminen.
Näytteessä on tavannut olla 10 000 atomia tai enemmän. Yhden atomin tuottama signaali on ollut liian heikko havaittavaksi häiriöiden seasta.
Röntgensäteitä tuottavat synkrotronit ja havaintolaitteet ovat nyt kehittyneet niin, että havaintoja saadaan yhä pienemmistä kohteista.
”Voimme atomi kerrallaan havaita tarkasti, millaisesta atomista on kyse ja myös sen kemiallisen tilan”, Hla sanoo.
Tutkijoilla oli käytössä ensinnäkin synkrotroni Argonnen kansallisessa tutkimuslaitoksessa Chicagon laitamilla. Laite tuottaa vahvaa röntgensäteilyä kiihdyttämällä elektroneja.
Vain yhden atomin havaitseminen onnistui pyyhkäisytunnelointimikroskoopilla, jossa on hyvin terävä metallinen kärki. Se säädetään äärimmäisen lähelle kohdetta.
Tässä tapauksessa kohteina olivat rauta-atomi ja terbiumatomi, jotka olivat kiinni erityisissä molekyyleissä.
Tunnelointimikroskooppi toimii siten, että terävän kärjen ja kohteen välissä on rako. Synktrotronilla tuotetut röntgensäteet virittävät atomin elektroneja. Nämä lisäpotkua saaneet fotoelektronit siirtyvät raon yli eli tunneloituvat.
Terävä metallikärki rekisteröi fotoelektronit, jotka sitten paljastavat atomin ominaisuuksia. Ryhmä havaitsi, että maametalli terbiumin atomi viihtyi omissa oloissaan ja kemiallisesti muuttumattomana. Rauta-atomi sen sijaan vuorovaikutti vahvasti ympäristönsä kanssa.
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti