Először azonosítottak röntgennel egyetlen atomot

Amióta 1895-ben a röntgensugárzás mibenlétére fény derült, rengeteg területen használjuk: az orvosi diagnosztikától a repülőterek biztonsági ellenőrzésein keresztül az anyagok összetételének vizsgálatáig. Még a Curiosity marsjáró is rendelkezik olyan eszközzel, amelyben röntgensugárzás segítségével vizsgálhatja meg a kőzetek összetételét. A röntgensugárzás e hasznosítási módja a tudományban különösen fontos, például így lehet feltárni egy-egy anyagmintának a kémiai összetételét.

A technológiai fejlődésnek köszönhetően, mint a szinkrotron röntgensugárzás alkalmazása, ma már jóval kisebb anyagmintát is lehet e módszerekkel analizálni, jelenleg a minimális mennyiség egy attogramm (ez minimum 10 ezer atomból álló mintát jelent), mivel az egyetlen atom jele túl gyenge ahhoz, hogy képesek legyünk azt észlelni.

„Az atomokat vizsgálhatjuk különféle pásztázó mikroszkópokkal, ám röntgensugárzás nélkül nem tudjuk megállapítani, milyen atomot látunk. Mostantól azonban képesek vagyunk megállapítani egyetlen atomról is annak mibenlétét, egyszerre egyetlen atomot vizsgálva, s egyidejűleg a kémiai állapotát is megállapíthatjuk” – magyarázta Saw-Wai Hla, a kutatás vezetője, az Ohioi Egyetem szakembere.

Az, hogy képesek a szakemberek egyetlen atomot felderíteni e módon, azt is jelentheti, hogy akár az orvostudományban, akár a környezetvédelemben a jelenleginél sokkal nagyobb érzékenységű vizsgálatok születhetnek, s ez kétségkívül forradalmasíthatja majd a tudományos világot, s az egész életünkre hatással lehet.

A Nature-ben közzé tett eredményekhez a kutatók egy speciálisan e vizsgálatra készült szinkrotron röntgenspektroszkóp berendezést (SX-STM) használták az Aragonne Nemzeti Laboratóriumban. Egy vas- és egy terbium-atomot ágyaztak be egy-egy molekulába, majd röntgennel besugározva gerjesztették az elektronjaikat, s megfigyelték az adott atom spektrumát – ez pontosan elárulja, miféle elemről van szó.

Hla és kutatótársai 12 éven át dolgoztak az SX-STM berendezés elkészítésén. „Hosszú út vezetett el addig, hogy egyetlen atom röntgen-ujjlenyomatát tudjuk vele detektálni” – mondta a kutató. Amellett, hogy az adott atomokról árulkodott a vizsgálat, egy kiegészítő mérés azt is megmutatta, hogy az az atom milyen viszonyban van a körülötte lévő molekulával. Ebből kiderült például, hogy a terbium egészen elszigetelődött a molekulaágyában és nem változtatta meg a kémiai állapotát, a vas azonban erősen kölcsönhatott a környezetével. E vizsgálat gyakorlati haszna az lesz, hogy így precízebben tudnak majd a különféle anyagokba ágyazott egyes ritkaföldfém-atomokkal bánni, erre pedig a modern elektronikai iparnak (tévék, számítógépek, mobiltelefonok) hatalmas szüksége van.