Yeni Bir Mikroskobi Yöntemi, Tekil Atomları Görüntüleme Bakımından Rekor Kırdı

Oha.

Elektron mikroskopları, yaklaşık yarım yüzyıldır tekil atomların fotoğraflarını çekebiliyor. Ancak bu ölçekteki bir şeyi, daha önce hiç görmemiştik.

Elektron ışın serpintilerini yakalama ve ölçmede kullanılan yeni bir yöntem, angstrom altı dünyaya dair tamamen yeni bir çözünürlük sunuyor ve mevcut yöntemlerle görmenin imkansız olacağı moleküler yapılar üzerinde çalışmanın yolunu açıyor.

ABD’de bulunan Cornell Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, geçen yıl geleneksel elektron mikroskobu üzerinde bir nevi göz ameliyatı gerçekleştirerek, numaralı lens ihtiyacını ortadan kaldırdılar ve gözün ışığı toplama ile ölçme şeklini ilerlettiler.

Şimdiyse, atomlar arasındaki bağları eşi görülmemiş bir netlikte ölçerek, bu teknolojinin tam olarak neleri başarabileceğini gördük.

Bütün mikroskoplar temel düzeyde çok benzer şekilde çalışır; bir nesneye enerji dalgaları gönderilir ve bu dalgalar, nesnenin biçimini anlayabileceğimiz bir şekilde toplanıp düzenlenir. Daha küçük dalgalar, daha küçük detaylar anlamına gelir.

Elektronlar, içerdikleri enerjiye bağlı ve epey ufak olan dalga benzeri nitelikler barındırabilirler. Bu durum onları, çok küçük nesneleri görme bakımından mükemmel şeyler yapar. Lens yerine, elektromanyetik alan kullanmaya odaklanırlar.

Bu alanlarda meydana gelen sapmalar, görebileceğimiz nesnelerin boyutunu sınırlandırabilirler; tıpkı lenslerde meydana gelen sapmaların, görüntüleri bulanıklaştırabileceği gibi. Araştırmacılar bu sorunu, genelde camların elektron mikroskoplarındaki karşılığıyla çözerler ve görüntüyü ‘düzeltmek’ için düzeltici cihazlar eklerler.

Ancak bu düzeltme, bir dereceye kadar mümkün olur. Çoklu sapmalar ek cihazlar gerektirir ve bu durum, kuramsal olarak bir mühendislik kâbusuna dönüşecek noktaya kadar yığılma olmasına sebep olabilir.

Elektron mikroskobu piksel düzen bulucusu (EMPAD) adı verilen bir cihaz, farklı bir yaklaşık sergileyerek, bu ‘camlara’ duyulan ihtiyacı ortadan kaldırıyor. Cihaz, elektrona duyarlı bir piksel dizisinden meydana gelen 128’e 128 ölçeğindeki bir örnekten seken elektronları yakalıyor.

Elektronların konumuna dayalı bir görüntü oluşturmak yerine, her elektronun yansıma açısını tespit ediyor.

Genelde tayçografi adı verilen X-ışını mikroskobisine uygulanan bir yöntemi kullanıp ters yönde çalışarak, hem elektronların geldiği yeri, hem de bunların momentini söyleyen dört boyutlu bir harita oluşturmak mümkün.

Takım, her biri tek atom kalınlığında olan, istiflenmiş haldeki iki adet molibden disülfür katmanının yapısını çözümleyerek, EMPAD ve tayçografi bileşimini test etti.

Bir katmanı birkaç derece döndürerek, çakışan atomlar arasındaki uzaklığı karşılaştırdılar ve sadece 0.39 angstrom büyüklüğündeki bir uzaklığı çözümleyerek yeni bir rekor kırdılar.

“Bu aslında dünyanın en küçük cetveli” diyor fizikçi Sol Gruner.

Kafes (yukarıda) o kadar belirgindi ki, eksik bir sülfür atomunu gördüler.

Fakat yöntemin, övünme hakkı dışında bir diğer muazzam faydası da var.

Elektron dalgaları, enerjileri yükseltilerek daha küçük hale getirilebiliyorlar. Daha fazla enerji, daha kısa dalgaboyları anlamına geliyor. Son teknoloji mikroskoplar, 0.05 nanometrenin veya 0.5 angstromun hemen altındaki detayları çözümleyebilen 300 kiloelektronvoltta elektron akışları yayabiliyorlar.

Ancak daha yüksek bir enerji, bu elektronları, nazik bir parçacık serpintisinden makineli tüfek atışına dönüştürebilir ve molekülleri parçalanma tehlikesine sokabilir.

Bu ışın 80 keV’lik nazik bir büyüklükte olduğundan; elektronlar, daha geleneksel bir kurulumda olabileceği gibi, molibden disülfür katmanlarından oluşan yapıyı parçalayacak kadar enerjik değildi.

Daha düşük enerjili elektron ışınları, tamamen yeni bir detay seviyesi sunarken elektron mikroskobuna daha nazik bir dokunuş sağlayarak; narin moleküllerdeki bağlar üzerinde daha önce hiç olmadığı kadar çalışabileceğimiz anlamına geliyor.

Bu, duvarımıza asmak için dört gözle beklediğimiz türden bir sanat eseri.

Araştırma, Nature bülteninde yayınlandı.

ScienceAlert