Prstenec vlevo obsahuje jediný atom železa. Vpravo rentgenová signatura jednoho atomu železa. Kredit: Saw-Wai Hla.

Od slavného objevu „paprsků X“ německého vědce Wilhelma Conrada Röntgena v roce 1895 se rentgenové záření využívá na každém kroku, od medicíny, přes krystalografii, zkoumání vad, optiku, chemii, až po astronomická pozorování.

Snad každý někdy viděl svůj či cizí rentgenový snímek pořízený při lékařském vyšetření. Vědci rádi využívají rentgenové záření k analýzám vzorků, přičemž se jim daří zkoumat vzorky menší a menší velikosti, díky synchrotronovému rentgenovému záření a dalším moderním technologiím.

Saw Wai Hla. Kredit: Ohio University.

Až doposud bylo nejmenší množství materiálu analyzované rentgenem asi 1 attogram, což odpovídá cca 10 tisícům atomů. Technická obtíž je v tom, že takto malé množství hmoty vytváří nesmírně slabý rentgenový signál, který pak konvenční rentgenové detektory nezachytí. Nicméně, snílci mezi vědci již dlouho toužili „zrentgenovat“ jediný atom.

Zrentgenování atomu železa. Kredit: Saw-Wai Hla.

Nakonec tohoto vysněného úspěchu dosáhl mezinárodní tým, který vedl fyzik Saw Wai Hla z americké Ohio University a laboratoří Argonne National Laboratory. Jak říká Hla, jednotlivé atomy se dnes sice už rutinně studují mikroskopy s rastrovací sondou (SPM, Scanning Probe Microscopy), ale s rentgenovým zářením lze určit, co je takový atom zač.

Díky pokroku, který teď Hla s kolegy dosáhli, je teď možné identifikovat atom po atomu. Bude to mít zásadní dopad na medicínu, biologii i řadu dalších oborů. Hla jejich objevu předpovídá, že by mohl změnit svět.

Badatelé novou metodu předvedli na atomu železa a atomu terbia, které byly umístěné v připravených molekulách. Konvenční detektory rentgenového záření nahradili speciálním detektorem, který používá ostrý kovový hrot v extrémní blízkosti vzorku k zachycování elektronů excitovaných rentgenovým zářením.

Jde o metodu synchrotronové rentgenové řádkovací tunelové mikroskopie (SX-STM, Synchrotron X-ray Scanning Tunneling Microscopy). Současně s ní probíhá analýza rentgenovou spektroskopií, která přímo identifikuje pozorovaný atom. Jak uvádí Hla, získaná spektra jsou jako otisky prstů a lze je přiřadit jednotlivým chemickým prvkům. Výzkum pokračuje a určitě se brzy dočkáme zajímavých aplikací.

Video: Explainer: The Scanning Tunnelling Microscope (STM)

Literatura

Ohio University 31. 5. 2023.

Nature 618: 69–73.