Když Wilhelm Conrad Röntgen v roce 1895 objevil „paprsky X“, nikdo neměl tušení, jak ohromné bude jejich využití.

Dnes paprsky nazývané jménem německého fyzika slouží v mnoha oborech lidské činnosti, nejen v medicíně, ale například i v optice, v astronomických pozorováních a také – při zkoumání materiálů.

K určení složení materiálu se používají speciální urychlovače – rentgenové synchrotrony. Pracují spolehlivě, ale k tomu, aby získaly dodatečné množství dat potřebných k identifikaci vzorku, potřebují určité minimální množství atomů – v současnosti alespoň 10 000. Příčinou je slabý rentgenový signál atomů.

Dlouholetou snahou vědců je však rentgenovat pouze jeden atom, a dostat se tak na absolutní minimum toho, co se dá analyzovat. Právě to se teď podařilo mezinárodnímu týmu, který vedl fyzik Saw Wai Hla z Univerzity Ohio.

Sbírali otisky prstů

Jednotlivé atomy se dnes dají pozorovat mikroskopy s rastrovací sondou. Pomocí rentgenového záření však můžeme určit, kam atomy patří.

„Tento objev změní svět. Budeme moci sledovat materiály až na konečnou hranici jednoho atomu. Dokážeme přesně zjistit typ konkrétního atomu a současně změřit jeho chemický stav,“ cituje univerzitní web Sawa Waie Hla, který je na Univerzitě Ohio ředitelem Ústavu pro nanorozměry a kvantové jevy.

Vědeckému týmu se podařilo zesílit rentgenový signál pomocí nové metody – běžné rentgenové synchrotrony výzkumníci kombinovali se speciálním detektorem umístěným blízko vzorku. Detektor sbíral data o elektronech, které reagují na rentgenové záření.

Výsledkem kombinace obou metod měření je větší počet dat. Z nich se dá sestavit rentgenový „snímek“, který ukáže vlastnosti jednotlivých atomů.

Ve své studii, kterou popisují ve vědeckém žurnálu Nature, fyzici analyzovali atomy železa a terbia vložené do molekul.

Výzkumníci svou práci nazvali sběrem otisků prstů různých typů atomů – každý prvek má trochu jiné otisky, které napovídají o jeho uspořádání. Detekce chování jednotlivých atomů přitom může odhalit víc než jejich složení.

Vlevo vidíte schéma rentgenu atomu železa. Prstenec vpravo je jediný atom železa. | zdroj: kredit-Saw-Wai Hla

„Zjistili jsme také chemické stavy jednotlivých atomů,“ upozorňuje Hla. „Porovnáním chemických stavů atomu železa a atomu terbia uvnitř příslušných molekulárních hostitelů jsme odhalili, že atom terbia, kovu vzácné zeminy, je poměrně izolovaný a nemění svůj chemický stav. Naproti tomu atom železa silně reaguje se svým okolím,“ vysvětluje vědec.

A komu tím prospějete?

Nová měřící metoda je zatím experimentální záležitostí. V dohledné době by se však mohla posunout k praktickému využití.

Možnost změřit v laboratoři přesně i velmi drobné vzorky a přesně manipulovat s atomy uvnitř molekul může pomoci vývoji nových materiálů, léčiv  léčiv i dokonalejší elektroniky.