Wer sich schon einmal einen Knochenbruch zugezogen hat, ist mit der Röntgentechnologie bereits in Verbindung gekommen. Dabei entsteht dein Bild all deiner Knochen und Wirbel – ein Bruch kann so schnell identifiziert werden. Doch auch in der Physik kommt die Strahlung, die 1895 von Wilhelm Conrad Röntgen entdeckt wurde, zum Einsatz – etwa bei der Untersuchung verschiedener Atome. Nun ist Forschenden in diesem Feld ein Durchbruch gelungen.
Atome röntgen klappt nun auch einzeln
Und zwar hat das Team um die Physikerin Tolulope M. Ajayi es geschafft, ein einzelnes Atom zu röntgen. Was erst einmal banal klingt, ist von großer wissenschaftlicher Bedeutung. „Die Röntgencharakterisierung erfordert eine große Anzahl von Atomen und die Reduzierung der Materialmenge ist ein seit langem bestehendes Ziel.“, erklären die Forschenden in ihrer Studie.
Bisher war es zwar dank Rastersondenmikroskopen möglich verschiedene Atome abzubilden, jedoch lässt sich nur mit Röntgenstrahlen sagen, woraus sie bestehen. Eindeutige Erkenntnisse erlangt man dabei jedoch nur, wenn man die Atome isolieren, also einzeln betrachten kann.
Zu diesem Zweck haben die Forschenden Versuche mit Atomen von Eisen und Terbium vorgenommen. Das Röntgengerät wurde mit einer speziellen Spitze ausgestattet, die dann auf die einzelnen Atome deutete. Sie konnten somit angeregte Ströme identifizieren und damit die „Fingerabdrücke eines einzelnen Atoms“ betrachten. Durch randnahe Röntgenabsorptionssignale gelang es ebenfalls, die chemischen Zustände der Atome abzuleiten.
Forscher feiern wissenschaftlichen Durchbruch
„Unsere Arbeit verbindet Synchrotron-Röntgenstrahlen mit einem Quantentunnelprozess und eröffnet zukünftige Röntgenexperimente für die gleichzeitige Charakterisierung elementarer und chemischer Eigenschaften von Materialien an der ultimativen Einzelatomgrenze.“, fassen die Forschenden daher ihre Errungenschaft zusammen.
Sie wollen nun noch weitere Röntgenexperimente vornehmen, um die Technik zu verfeinern. Anwendungsbereiche wären in den Materialwissenschaften oder der Medizin zu finden. Kann man komplexe Materialien so differenziert betrachten, dass sich die chemischen Eigenschaften einzelner Atome offenbaren, ließen sich etwa Heilmittel für bisher unheilbare Krankheiten finden. Der Mitwirkende Saw-Wai Hla erklärt daher in einer Pressemitteilung: „Diese Entdeckung wird die Welt verändern“.
Quelle: Ohio University, „Characterization of just one atom using synchrotron X-rays“ (nature, Mai 2023)
Seit dem 24. Februar 2022 herrscht Krieg in der Ukraine. Hier kannst du den Betroffenen helfen.