ทีมนักวิจัยจาก Ohio University, Argonne National Laboratory, the University of Illinois-Chicago และหน่วยงานอื่น ๆ ได้ใช้ X-Ray SIGNAL (หรือ SIGNATURE) เพื่อสังเกตอะตอมตัวเดียวได้สำเร็จ ผลลัพธ์ที่เกิดขึ้นจะเป็นการปฏิวัติการใช้วิทยาศาสตร์ตรวจสอบวัสดุ การค้นพบใหม่นี้ได้รับการสนับสนุนโดยกระทรวงพลังงานประเทศสหรัฐอเมริกา
X-Ray นั้นมีการใช้งานกันอย่างหลากหลายไม่ว่าจะเป็นการทดสอบทางการแพทย์ไปจนถึงการตรวจสอบความปลอดภัยในสนามบิน แม้แต่ Curiosity ซึ่งเป็น Rover สำหรับสำรวจดาวอังคารของ NASA เองก็ได้มีการติดตั้งอุปกรณ์ X-Ray ไว้เพื่อตรวจสอบองค์ประกอบวัสดุของหินต่างดาว การใช้ X-Ray ในทางวิทยาศาสตร์นั้นเป็นการยืนยันชนิดของวัสดุตัวอย่างซึ่งเป็นงานที่สำคัญอย่างมาก ตอลดหลายปีที่ผ่านมาจำนวนวัสดุหรือวัตถุดิบที่ต้องใช้ X-Ray เพื่อตรวจสอบลดลงอย่างมากเป็นผลจากการใช้ Synchrotron X-Ray และอุปกรณ์ใหม่ ๆ และปัจจุบันจำนวนน้อยที่สุดที่สามารถใช้ X-Ray ตรวจสอบได้อยู่ที่ระดับ Attogram หรือประมาณ 10,000 อะตอมหรือมากกว่านั้น เป็นเพราะสัญญาณ X-Ray นั้นถูกสร้างโดยอะตอมที่มีความอ่อนแอเป็นพิเศษ (Extremely Weak) เพื่อให้ตัวตรวจจับ X-Ray ที่ใช้กันทั่วไปไม่สามารถตรวจจับได้ และมันเป็นฝันอันยาวนานของเหล่านักวิทยาศาสตร์ที่จะใช้ X-Ray เพื่อตรวจสอบอะตอมเพียงแค่ตัวเดuยวได้
การจับภาพอะตอมนั้นจะใช้การสแกนด้วย Probe Microscope แต่เมื่อไม่มี X-Ray ก็ไม่อาจระบุได้ว่าเป็นวัสดุหรือส่วนประกอบอะไร และด้วยเทคโนโลยีใหม่นี้ทำให้สามารถรู้ถึงคุณสมับติของอะตอมตัวเดียวได้ และสามารถครวจวัดสถานะทางเคมีได้ ทำให้สามารถสืบย้อนกลับไปถึงที่มาของวัตถุดิบลึกในระดับอะตอม สร้างความแตกต่างอย่างมากในดา้นของสิ่งแวดล้อมและวิทยาศาสตร์การแพทย์ เปิดทางสู่การหาทางรักษาใหม่ ๆ ให้กับโลกใบนี้ได้
ในการแสดงการทดสอบ ทีมวิจัยได้เลือกอะตอมของเหล็กและ Terbium โดยมีการจับใส่ไว้ใน Molecular Host เพื่อให้ตรวจจับ X-Ray Signal ของอะตอมตัวเดียวได้ ทีมวิจัยใช้ตัวตรวจจับทั่วไปใน X-Ray ที่มาพร้อมกับตัวตรวจจับพิเศษที่ทำจากเหล็กปลายแหลมเพื่อเก็บตัวอย่างของ Excited Electron จาก X-Ray เป็นเทคนิคที่รู้จักกันในชื่อ Synchrotron X-Ray Scanning Tunneling Microscopy (SX-STM) ซึ่ง SX-STM จะทำงานเมื่อเกิด Photoabsorption ของอิเล็กตรอนในระดับ Core Level ทำให้สามารถมองเห็นและระบุชนิดของธาตุในวัสดุได้โดยตรง
การค้นพบใหม่นี้ไม่เพียงจะช่วยระบุชนิดของธาตุแต่ยังรวมถึงสถานะของสารเคมีได้อีกด้วย ทำให้สามารถบริหารจัดการอะตอมภายในวัสดุที่มี Host แตกต่างกันเพื่อให้ปรับเปลี่ยนได้ตามความต้องการในศาสตร์ที่หลากหลาย โดยทีมวิจัยยังได้พัฒนาวิธีใหม่ที่เรียกว่า X-Ray Excited Resonance Tunneling (X-ERT) ที่ทำให้สามารถตรวจจับได้ว่าวงโคจรของโฒเลกุลเดียวบนพื้นผิววัสดุเป็นอย่างไรด้วยการใช้ Synchrotron X-Rays
ที่มา:
news.ohio.edu
Voltaire
