Yeni Bir Röntgen Yöntemi Elektronların Hareketini İlk Kez Görmeyi Sağladı
Şimdiye kadar fizikçiler ve kimyagerler, moleküler düzeydeki elektron hareketini yüksek çözünürlükte gözlemlemekte zorlanıyordu. Uyarılmış durumdaki elektronlar son derece yüksek hızlarla hareket eder ve bu nedenle geleneksel yöntemlerle net şekilde görülemezdi. Ancak uluslararası bir bilim insanları grubu, yeni bir röntgen spektroskopisi yöntemi kullanarak, elektronların atom düzeyindeki hareketini eşi benzeri görülmemiş bir ayrıntıyla gözlemlemeyi başardı.
Bu önemli bilimsel gelişme, Almanya’daki Avrupa Serbest Elektron Röntgen Lazeri (XFEL) sayesinde mümkün oldu. XFEL, dünyadaki en güçlü röntgen kaynaklarından biri olup, yüksek enerjisi ve parlaklığı ile dikkat çekiyor. Normal optik mikroskoplar, görünür ışığın dalga boyundan daha küçük nesneleri görüntüleyemezken, röntgen ışınları çok daha kısa dalga boyuna sahiptir ve bu sayede atom düzeyindeki yapıların gözlemlenmesine olanak tanır.
Araştırmacılar XFEL’i kullanarak stokastik uyarılmış röntgen Raman saçılması (s-SXRS) adlı yeni bir teknik geliştirdiler. Deneyde lazer darbeleri, neon gazı dolu bir hücreye yönlendirildi. Röntgen ışınları gazdan geçerken neon atomlarında Raman tipi ışık sinyalleri oluşturdu. Bu sinyaller yaklaşık bir milyar kat güçlendirilerek, farklı dalga boylarına ayıran bir spektrometreye gönderildi.
Bilim insanları, 18 bin ayrı röntgen darbesi kullanarak 0,2 elektronvoltun üzerinde bir enerji çözünürlüğü elde ettiler — bu, önceki cihazların sınırlarının ötesindedir. Böylece, atom merkezlerinin etrafındaki elektronların konumlarını olağanüstü bir netlikle gözlemlemek mümkün oldu. Bu başarı, 2014’te Kimya Nobel Ödülü’ne layık görülen süper çözünürlüklü floresan mikroskopi teknikleriyle karşılaştırılıyor.
Yeni yöntem, sadece röntgen spektroskopisinin çözünürlüğünü artırmakla kalmadı, aynı zamanda elektronların gerçek zamanlı hareketlerinin izlenmesini de mümkün kıldı. Süresi bir femtosaniyeden (saniyenin milyarda birinin trilyonda biri) kısa olan röntgen darbeleri, karmaşık kimyasal reaksiyonlar sırasında elektronların nasıl davrandığını anlamaya olanak tanıyor. Bu gelişme, malzeme bilimi ve nanoteknoloji alanlarında büyük ilerlemelerin önünü açabilir.
