Demir atomunun ortada bulunduğu supramoleküler yapının görüntüsü
X Işınları ile Tek Bir Atomun Görüntüsü Elde Edildi
X ışınları, 1895 yılında Wilhelm Röntgen tarafından keşfedildiğinden beri tıbbi muayenelerden havalimanlarındaki güvenlik taramalarına kadar pek çok işte kullanılıyor. Örneğin X ışınlarından bilgisayarlı tomografi cihazlarında hastalıkların tanısı için yararlanılıyor. NASA’nın Mars keşif aracı Curiosity’de bile Kızıl Gezegen’deki kayaların yapısındaki bileşimleri incelemek için bir X ışını cihazı bulunuyor. X ışınları bilim insanları tarafından bir numunedeki malzemelerin ve maddelerin türünü belirlemek için de kullanılabiliyor.
daboost/iStock.com
İnsan kafatasının X ışını ile elde edilen görüntüsü
Günümüzde bilim insanları atom gruplarını X ışınları kullanarak inceleyebiliyor. Ancak yakın zamana kadar X ışınları ile incelenebilen en küçük malzemede bile 10.000’den fazla atom vardı. Argonnne Ulusal Laboratuvarından ve Ohio Üniversitesinden bir grup araştırmacı, ilk kez X ışınlarıyla uyarılan tekil atomlardan gelen sinyalleri tespit etmeyi başardı.
Araştırmada kısaca SX-STM olarak adlandırılan, senkrotronlarda üretilmiş X ışınlarının atomlardan kopardığı elektronların taramalı tünelleme mikroskoplarıyla toplandığı bir yöntem kullanıldı. Sonuçta bir demir atomu (Fe) ve bir terbiyum (Tb) atomundan gelen sinyaller tespit edildi. İncelenen atomlar supramoleküler yapıların (farklı moleküllerin bir araya gelmesiyle oluşan karmaşık yapıların) içinde bulunuyordu.
Çizim: Umut Aybek
Senkrotron X ışını taramalı tünelleme mikroskobunda önce malzemenin üzerine X ışınları gönderilir. Örneğe çok yakın konumlandırılmış, iğne benzeri ince bir iletken uca sahip bir taramalı elektron mikroskobu ise X ışınlarının atomlardan kopardığı elektronları toplar. Böylece incelenen malzemenin yapısı görüntülenir.
İçinde demir atomu bulunan supramoleküler yapı (solda) ve elde edilen SX-STM görüntüsü (sağda)
Yapılan incelemeler sonucunda nadir bir toprak metali olan terbiyumun supramoleküler yapıdaki atomlarla çok az etkileştiği ve kimyasal durumunun değişmediği tespit edildi. Demir atomunun ise, terbiyumun aksine, supramoleküler yapıdaki atomlarla güçlü bir şekilde etkileştiği anlaşıldı.
Bilim insanları tek tek atomları tespit etmek ve karakterize etmek için X ışınlarının kullanılmasının yeni bilimsel çalışmalara öncü olacağını, çevresel ve tıbbi araştırmalarda eser elementlerin tespiti gibi konularda yararlı olacağını ve malzeme biliminde yeni ileri görüntüleme yöntemlerinin geliştirilmesini sağlayacağını düşünüyor.
Kaynaklar:
- Tolulope, M. A. ve ark., “Characterization of just one atom using synchrotron X-rays“,Nature, Cilt 618, Sayı 7963, s. 69-73, 2023.
- https://www.sci.news/physics/atom-x-ray-11964.html