Un nou microscop permite oamenilor de ştiinţă să poată observa mişcarea atomilor şi moleculelor. Chong-Yu Ruan, profesor asociat de fizică şi astronomie la Michigan State University, a reuşit să aducă aceste adevărate „filme moleculare" la o scară nanometrică, acolo unde proprietăţile materialelor încep să se schimbe.
Microscoapele pe bază de electroni permit oamenilor de ştiinţă să poată observa structura microorganismelor, celulelor, metalelor, cristalelor şi a altor structuri mici care nu pot fi văzute cu ajutorul microscoapelor optice. Dar deşi imaginile obţinute au permis oamenilor de ştiinţă să poată face descoperiri importante, relaţia dintre structură şi funcţie a putut fi doar estimată deoarece aceste imagini sunt statice. În anii '90 cercetătorii au adăugat o a patra dimensiune, timpul, folosind un laser pentru a obţine imaginile unor molecule gazoase atunci când acestea reacţionează între ele.
Un nou microscop inventat de către Michigan State University permite oamenilor de ştiinţă să poată observa mişcarea atomilor şi moleculelor.
Credit: Michigan State University.
În prezent, Chong-Yu Ruan, profesor asociat de fizică şi astronomie la Michigan State University, a reuşit să aducă aceste „filme moleculare" până la o scară nanometrică, acolo unde proprietăţile materialelor încep să se schimbe. Activitatea sa are aplicaţii în cadrul tehnologiilor din nanoelectronică şi în obţinerea de energie curată.
Echipa lui Ruan este una dintre puţinele din lume care se ocupă, în mod activ, cu dezvoltarea tehnologiei imagistice pe bază de electroni la o scară a timpului de ordinul femtosecundelor. O femtosecundă este egală cu o milionime de miliardime dintr-o secundă (n.t. adică 10 la puterea -15 secunde), un interval de timp fundamental în care atomii efectuează anumite sarcini specifice cum ar fi medierea traficului de sarcini electrice sau participarea în cadrul reacţiilor chimice.
„Prin implementarea unei asemenea tehnologii în cadrul microscoapelor electronice noi putem examina funcții importante ale dispozitivelor realizate la o scară nanometrică", a spus Ruan. „Scopul nostru este de a explora limitele de la care pot să apară transformări specifice de natura fizică, chimică sau biologică".
Ruan şi colaboratorii săi au obţinut un brevet pentru dispozitivul lor care printr-o construcţie modulară permite să poate fi adăugat la un microscop electronic existent, oamenii de știință putând să extindă capacităţile acestor echipamente fără să fie nevoiţi să renunţe la aparatele existente.
„Un microscop electronic costă între 1 milion şi 10 milioane de dolari", a spus Ruan. „Mă aștept ca dispozitivul nostru să coste ceva mai puțin de 500.000 de dolari. Aceasta ar permite ca microscoapele electronice să poată fi modernizate prin obţinerea unor rezoluţii mărite printr-o investiţie mai mică decât cea necesară achiziţionării unui microscop nou".
Cercetarea lui Ruan se bazează pe activitatea lui Ahmed Zewail din cadrul California Institute of Technology. Ruan a lucrat ca postdoctorand cu Zewail, cel care a primit Premiul Nobel pentru chimie în anul 1999 pentru faptul că a arătat cum atomii dintr-o moleculă se mută în timpul unei reacţii chimice.
Ruan extinde această cercetare în domeniul cristalografiei cu electroni ultrarapizi care îi permite să poată observa cristalele aflate la o scară nanometrică, legăturile lor şi modul cum acestea sunt afectate de suprafeţele lor şi de apă. De asemenea, el lucrează pentru a dezvolta un microscop pe bază de frecvențe radio, un microscop electronic de mare precizie.
În anul 2010 Ruan a primit o subvenţie din partea US Department of Energy pentru a înfiinţa laboratorul său din Michigan State University. În anul 2011, Ruan împreună cu Martin Berz şi Phillip Duxbury, profesori de fizică şi astronomie în cadrul Michigan State University şi Martin Crimp, profesor de inginerie chimică, au primit o subvenţie acordată de National Science Foundation pentru a începe construirea dispozitivului.
Ruan, Berz, Duxbury și Crimp fac parte din comitetul de organizare pentru viitoarea conferinţă intitulată Electron Imaging and Spectroscopy Conference care se va concentra pe perspectivele de viitor ale acestui domeniu de cercetare.
Traducere de Cristian-George Podariu după microscope-captures-movements-atoms-molecules, cu acordul editorului.
