اولین تصویر اشعه ایکس از یک اتم با سوزن کوانتومی، عکس - وبلاگ ایزابل

به گزارش وبلاگ ایزابل، ایسنا نوشت: دانشمندان دانشگاه اوهایو برای اولین بار با استفاده از سوزن کوانتومی پیروز به ثبت نخستین تصویر پرتو ایکس از یک اتم شده اند.

گروهی از پژوهشگران به سرپرستی پروفسور سا وای لا(Saw Wai Hla) از دانشکده فیزیک دانشگاه اوهایو، اولین تصویر پرتو ایکس از یک اتم را به ثبت رسانده اند که به دانشمندان اجازه می دهد تا مواد و حالت های شیمیایی آنها را با وضوح بیشتری نسبت به قبل مطالعه نمایند.

عکس گرفتن از اتم ها چیز جدیدی نیست. دانشمندان سال ها توانسته اند این کار را با میکروسکوپ های کاوشگر پویشی انجام دهند. میکروسکوپ های کاوشگر پویشی از یک نوک سوزنی با بار الکتریکی و اتمی تیز برای کاوش سطوح مواد در مقیاس نانو استفاده می نمایند که به لطف فعل و انفعالات مکانیکی کوانتومی باعث می گردد که الکترون ها بین نوک و اتم های روی سطح جریان پیدا نمایند.

میکروسکوپ های کاوشگر پویشی(SPM:Scanning probe microscope) از یک کاوشگر(پراب) که بر روی نمونه حرکت می نماید، برای آنالیز سطح نمونه ها استفاده می نمایند. با استفاده از این میکروسکوپ ها علاوه بر توپوگرافی سطح، می توان راجع به اصطکاک، مغناطش، خواص حرارتی و الاستیسیته سطح نیز اطلاعاتی بدست آورد که با استفاده از روش های دیگر قابل دستیابی نیستند. در این میکروسکوپ، نوک یک پراب سالم و ایده آل، بسیار تیز است، به طوری که در نوک آن تنها یک اتم جای می گیرد. بنابراین از حساسیت بسیار بالایی برخوردار است و به علت ابعاد بسیار کوچک خود می تواند در حد نانومتر، کوچکترین پستی یا بلندی ها را در سطح نمونه تشخیص دهد و با استفاده از تجهیزات و نرم افزارهای موجود در دستگاه، داده های بدست آمده را به صورت تصویر بر نمایشگر نمایش دهد.

بسیاری از میکروسکوپ های پراب پویشی می توانند تعداد زیادی از تصاویر را همزمان بگیرند. روش استفاده از این فعل و انفعالات برای به دست آوردن یک تصویر به طور کلی یک حالت خوانده می گردد. وضوح با هر تکنیک مخلتف میزانی تفاوت می نماید، اما برخی از تکنیک ها به وضوح اتمی چشمگیری می رسند. این تا حد زیادی ناشی از این است که فعال نماینده های فشار برقی بتوانند حرکت را با دقت در سطح اتمی یا حتی بهتر، در سطح الکترونی اجرا نمایند.

اما مشکل همیشگی در استفاده از میکروسکوپ های کاوشگر پویشی، وضوح این تصاویر است. دانشمندان نه تنها می خواهند اتم ها را ببینند، بلکه می خواهند در خصوص شرایط شیمیایی آنها در مقیاس تک اتمی نیز بدانند و برای این کار، استفاده از پرتو ایکس مورد احتیاج است، اما دستگاه های مبتنی بر پرتو ایکس فعلی تنها می توانند تا یک اتوگرام یا یک میلیونیم تریلیونم گرم را که از حدود 10 هزار اتم تشکیل شده است، تحلیل نمایند. این میزان در سطح اتمی زیاد نیست، اما هنوز برای دانشمندان بسیار زیاد است.

پژوهشگران دانشگاه اوهایو برای غلبه بر این مشکل، اتم های آهن و تربیوم را در ماتریسی از ابرمولکول های حلقه ای شکل جاسازی کردند. آنها سپس از تکنیکی به نام میکروسکوپ تونلی پویشی پرتو ایکس سنکروترون(SX-STM) استفاده کردند که مکانیک اساسی یک میکروسکوپ کاوشگر پویشی را با پرتو ایکس فراوری شده به وسیله یک شتاب دهنده اتمی به نام سنکروترون ترکیب می نماید.

این تجمیع، یک طیف پرتو ایکس فراوری می نماید که نحوه جذب پرتو ایکس به وسیله الکترون های ذکر شده در سطح هسته را ثبت می نماید.

پروفسوری های لا می گوید: اتم ها را می توان به طور معمول با میکروسکوپ های کاوشگر پویشی تصویربرداری کرد، اما بدون پرتو ایکس نمی توان تشخیص داد که از چه چیزی ساخته شده اند.

وی اضافه کرد: ما اکنون می توانیم دقیقاً نوع یک اتم خاص را شناسایی کنیم و می توانیم به طور همزمان حالت شیمیایی آن را میزان گیری کنیم. زمانی که بتوانیم این کار را انجام دهیم، می توانیم مواد را تا حد نهایی یک اتم ردیابی کنیم. این تاثیر زیادی بر علوم محیطی و پزشکی خواهد داشت و شاید حتی درمانی پیدا کند که بتواند تأثیر زیادی برای بشریت داشته باشد. این کشف دنیا را متحول خواهد نمود.

5858