Trojrozměrné zobrazení atomů rentgenovou holografií

 |  5. 2. 1997
 |  Vesmír 76, 115, 1997/2

Známý fyzik maďarského původu Denis Gábor, který r. 1948 vynalezl holografii (Nobelova cena za fyziku 1971), věřil, že díky jeho vynálezu bude možné získat i trojrozměrné obrazy atomární struktury látek. Uskutečnění této myšlenky se však nedočkal. První hologramy atomárních struktur byly pořízeny až r. 1995 a publikovány letos zjara.

Holografické obrázky různých objektů jsou dnes běžnou záležitostí. Získávají se tak, že paprsek světla ze zdroje koherentního záření (laser) rozštěpíme na dva. Jeden jde k detektoru přímo, druhý se odráží od zobrazovaného objektu a po jejich opětném smísení dochází k interferenci. Interferenční obrazec nese informace nejen o odrazivosti různých bodů objektu (jako klasická fotografie), ale také o fázi odraženého světla a tím i o vzdálenosti jednotlivých částí objektu. Zobrazit takto atomy ovšem nejde, neboť vlnová délka viditelného i ultrafialového světla je příliš velká – zhruba tisíckrát větší než vzdálenost atomů v pevné látce. Nezbývá než použít velmi krátkovlnné záření – tedy rentgenové paprsky. Pro holografii – na rozdíl od běžné rentgenovské strukturní analýzy – však musíme mít zdroj koherentního rentgenovského záření – rentgenovský laser, na jehož dostupnou podobu stále ještě čekáme.

Obtíže s realizací rentgenovské holografie vyřešily nedávno téměř současně dvě skupiny vědců; přitom každá použila trochu jiný trik (Science 272, 3 May 1996, str. 650).

Gáborovi krajané Miklós Tegze a Gyula Faigel z Budapešti vymysleli metodu nazvanou rentgenovská fluorescenční holografie (Nature 380, 7 March 1996, str. s. 51). Základní myšlenkou bylo využít samotné atomy vzorku jako zdroje rentgenových paprsků. Za vzorek zvolili krystal perovskitu SrTiO3 a laboratorním zdrojem rentgenového záření vybudili atomy stroncia k druhotné emisi (fluorescenci). Toto druhotné záření se pak rozptylovalo na okolních atomech a jeho interferenční obraz byl prvním hologramem atomární struktury.

Podobně postupovala skupina německých a amerických vědců. Jejich metoda – rentgenovská holografie s více energiemi (Physical Review Letters 76, str. 3132, 1996) je založena na použití moderního synchrotronového zdroje rentgenových paprsků. Dalo by se říci, že v tomto případě je trikem použítí atomů vzorku k detekci holografického obrazu. Záření přicházející k jistému atomu přímo od zdroje a záření rozptýlené od okolních atomů se kombinují a budí fluorescenci atomu. Fluorescence se deteguje na různých vlnových délkách a při různém natočení krystalu. Počítačovým zpracováním dat je pak možné určit polohu rozptylujících atomů.

Tyto holografické metody studia struktury látek rozhodně nevytlačí klasickou rentgenovskou strukturní analýzu, spíše ji budou doplňovat v některých oborech materiálového výzkumu. Předpokládá se, že umožní odhalit strukturu řídce se vyskytujících útvarů v látce, jako jsou nečistoty či poruchy v polovodičích a rozhraní krystalických domén. V složitějších materiálech bude možné studovat výběrově strukturu nejbližšího okolí určitých atomů, možná i okolí kovových atomů v biologicky významných molekulách.


OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Fyzika
RUBRIKA: Aktuality

O autorovi

Jan Valenta

Doc. RNDr. Jan Valenta, PhD., (*1965) vystudoval Matematicko-fyzikálni fakultu UK v Praze, kde se nyní zabývá optickými vlastnostmi nanostruktur, spektroskopií jednotlivých molekul a polovodičových nanokrystalů a mj. také vývojem tandemových solárních článků. Je spoluautorem (s prof. Ivanem Pelantem) monografie Luminiscenční spektroskopie.

Doporučujeme

Recyklace plastového odpadu

Recyklace plastového odpadu

Zdeněk Kruliš  |  9. 12. 2019
Plastové odpady a jejich neblahý vliv na životní prostředí jsou poslední dobou námětem mnoha populárních i populárně- -naučných článků tištěných i...
Odpad, nebo surovina?

Odpad, nebo surovina?

Vladimír Wagner  |  9. 12. 2019
Pokud se ukáže hrozba rostoucí koncentrace CO2 pro vývoj klimatu opravdu tak veliká, jak předpokládají některé scénáře, bude třeba zrychlit cestu...
Modré moře pod blankytnou oblohou

Modré moře pod blankytnou oblohou

Jaromír Plášek  |  9. 12. 2019
Při pohledu na blankytnou oblohu si většina čtenářů určitě vzpomene, že za její barvu může jakýsi Rayleighův rozptyl slunečního světla. V případě...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné