Az atomi szintű képalkotó eljárásokat már a XX. század ötvenes éveiben kifejlesztették, azóta pedig óriási fejlődésen mentek keresztül: 2008-ban fizikus kutatóknak a világon először sikerült elektronmikroszkópos képet készíteniük egyetlen hidrogénatomról, öt évvel később pedig egy úgynevezett kvantummikroszkóp segítségével már bele is tudtak nézni a hidrogénatom belsejébe - ennek köszönhetően elsőként tudták megfigyelni az elektronok mozgását.
Most egy újabb mérföldkőhöz érkezett a tudomány: az Ohio University, az Argonne National Laboratory és a University of Illinois-Chicago tudósainak ugyanis sikerült röntgenképet készíteniük egyetlen atomról.
Az atomokat ma már rutinszerűen meg lehet nézni elektronmikroszkópok segítségével, azonban röntgen nélkül nem lehet megmondani, hogy miből állnak. Most viszont már képesek vagyunk rá, hogy pontosan megmondjuk az egyes atomokról, hogy milyen típusúak, miközben fel is mérjük a kémiai állapotukat. [...] Ennek óriási hatása lesz a környezeti és orvosi tudományágakra
- magyarázta Saw-Wai Hla, az Ohio University és az Argonne National Laboratory fizikusa, a kutatási anyag társszerzője.
A laikusok közül sokan úgy képzelik el az atomokat, ahogy Niels Bohr fizikus ma már komoly fenntartásokkal kezelt modelljében leírta azok felépítését. Ez nagyjából a Naprendszer struktúrájára hasonlít, ahol az elektronok az atommag körül keringenek - ilyesmit ábrázol az oldal tetején látható nyitóképünk is. Bohr 1913-as modelljét később Erwin Schrödingeré váltotta fel, amely ezeket a "röppályákat" az energiaszintek koncepciójával helyettesítette.
Valójában ugyanis az elektronok nem mozognak az atommag körül, mivel az elektronok hullámtermészetűek. Nincs ugyan fix pozíciójuk, azonban a kvantumfizika egyik alapvetése szerint amint megfigyelünk egy elektront, azonnal máshol fog felbukkanni. Ennek ellenére, ha sok különálló mérést összesítünk, valóban kijöhet egyfajta röppályát idéző látvány, ami inkább elektronfelhőnek tekinthető.
A kutatók az úgynevezett scanning elektronmikroszkópokhoz (STM) hasonló fejlesztéssel voltak képesek a röntgenfelvétel elkészítésére. Az STM működését úgy lehet a legegyszerűbben elképzelni, ha egy hagyományos lemezjátszóra gondolunk. A "tű" ebben az esetben egyfajta olvasófejnek tekinthető, amely képes letapogatni az atomok pozícióját, pontosabban az elektronok mozgása alapján képes kiszámítani, hogy melyik atom hol található.
Ennek az STM-rendszernek a röntgensugarakkal működő változatát készítették el a kutatók: az SX-STM rövidítés ez esetben az úgynevezett synchrotron X-Ray-scanning tunneling microscopy kifejezés rövidítése. Hasonló technológiát már használnak számos területen, például a régészet és a művészet terén - utóbbi területen például a régi festmények alatt rejtőző korábbi képek felfedezésére van lehetőség. Hla és csapata egyébként 12 éven keresztül fejlesztette az SX-STM-et.
Az ennél gyakorlatibb, mélyfizikai részletektől megkímélnénk az olvasót, a lényeg, hogy a kutatócsapat sikeresen tesztelte a módszert, amelynek során egy vas és egy terbium atomot sikerült megröntgenezniük.
