Znajdź zawartość

W 2018 roku naukowcy z Cornell University zbudowali wysoko wydajny wykrywacz, połączyli go z ptychografią, specjalną metodą obrazowania mikroskopowego i ustanowili światowy rekord obrazowania, uzyskując trzykrotnie większą rozdzielczość obrazu niż najlepsze mikroskopy elektronowe. Teraz ten sam zespół pobił swój własny rekord, dwukrotnie poprawiając rozdzielczość obrazu. Uzyskano niezwykle wyraźny obraz, a jedyne rozmazane elementy pochodzą od zmian termicznych samych atomów. To nie jest po prostu nowy rekord. Wkroczyliśmy w obszar ostatecznych limitów rozdzielczości. Możemy teraz w bardzo prosty sposób wskazać, gdzie znajdują się atomy. To zaś otwiera całkiem nowe możliwości pomiaru, o których marzyliśmy od dawna. Rozwiązaliśmy też poważny problem, który Hans Bethe zauważył w 1928 roku, poradziliśmy sobie z rozpraszaniem promienia w próbce, mówi Muller. Dzięki nowym algorytmom jesteśmy teraz w stanie skorygować wszelkie rozmazane kształty do tego stopnia, że największy rozmazany obszar, jaki otrzymujemy wynika z faktu, że same atomy się poruszają, dodaje uczony. Niewykluczone, że obraz można jeszcze poprawić, używając cięższych atomów, które mniej się poruszają, lub też schładzając próbkę. Jednak nawet w temperaturze zera absolutnego w atomach wciąż będzie dochodziło do fluktuacji kwantowych, zatem poprawa nie będzie szczególnie duża w porównaniu z już uzyskanym obrazem. Najnowsze osiągnięcie naukowców z Cornell University oznacza, że specjaliści będą mogli zlokalizować indywidualne atomy w przestrzeni trójwymiarowej, co nie było możliwe za pomocą dotychczasowych metod. Możliwe będzie tez znalezienie zanieczyszczeń atomowych w różnych materiałach, co przełoży się na stworzenie doskonalszych półprzewodników, katalizatorów czy materiałów wykorzystywanych do budowy komputerów kwantowych. Możliwe będzie też analizowanie atomów na styku dwóch różnych połączonych materiałów. Bardzo ważnym elementem pracy jest fakt, że nową metodę można też wykorzystać do analizowania próbek biologicznych, a nawet połączeń pomiędzy synapsami w mózgu. Zastosowana metoda jest czasochłonna i wymaga dostępu do dużych mocy obliczeniowych, jednak w przyszłości dzięki potężniejszym komputerom, metodom maszynowego uczenia i szybszym czujnikom stanie się tańsza i łatwiej dostępna. « powrót do artykułu

Zespół doktora Willa Castelmana z Pacific Northwest National Laboratory odkrył grupy atomów, które naśladują właściwości innych pierwiastków. Naukowcy nazwali te grupy "superatomami". Zachowują się one jak pojedyncze atomy innych pierwiastków. Superatomy mogą posłużyć do tworzenia nowych materiałów, które będą tańszymi i skuteczniejszymi katalizatorami w procesach chemicznych. Castelman wraz z zespołem wykazali, że pewne kombinacje atomów charakteryzują się takim ustawieniem elektronów, które imituje ustawienie innych pierwiastków. Dowiedziono przy okazji, że by przewidzieć, jakie pierwiastki mogą się naśladować, wystarczy rzucić okiem na tablicę okresową. Pracę rozpoczęliśmy z tlenkiem tytanu i zauważyliśmy, że TiO jest izoelektronowy (czyli ma bardzo podobną konfiguracją elektroniczną) z niklem. Zdziwiło nas to, ponieważ TiO zachowywał się jak nikiel. Myśleliśmy, że to przypadek - mówi Castelman. Uczeni postanowiliśmy przyjrzeć się innym materiałom i odkryli, że tlenek cyrkonu jest izolelektronikiem do palladu, podobnie zresztą jak węglik wolframu. Okazało się też, że wystarczy tablica okresowa i nieco arytmetyki, by określić, jak będzie wyglądało podobieństwo pierwiastków. Na przykład tytan ma cztery elektrony na zewnętrznej powłoce, a tlen atomowy ma ich sześć. Wystarczy zatem w tablicy okresowej obliczyć sześć pierwiastków w prawo od tytanu, by trafić na nikiel, który jest izoelektronowy do tlenku tytanu. Na razie schemat ten sprawdził się w przypadku niektórych metali przejściowych. Nie wiadomo, czy jest on ważny dla całej tablicy. Można zadać sobie pytanie, po co szukać zastępników dla istniejących materiałów. Odpowiedzią może być np. cena. Pallad, który jest katalizatorem w silnikach odrzutowych kosztuje 100 USD za gram. Tlenek cyrkonu, który może go zastąpić, kosztuje 0,02 USD za gram. Jest zatem 5000 razy tańszy. Inny powód to chęć uzyskania jakiegoś materiału o właściwościach innych niż typowe dla niego.

W przyszłości będzie się dało wydłużyć ludzkie życie, wymieniając atomy w zjadanym przez nas mięsie. Naukowcy przetestowali już swój pomysł na laboratoryjnych nicieniach, które karmiono pożywką zawierającą naturalne izotopy. Okazało się, że żyły one do 10% dłużej. Według biochemika doktora Mikhaila Shchepinova, cięższe i bardziej stabilne izotopy mogą działać ochronnie na cząsteczki związków budujących ciało, szczególnie zaś zapobiegać uszkadzającemu działaniu wolnych rodników. Shchepinov argumentuje, że wiązania chemiczne podatne na działanie wolnych rodników stałyby się odporniejsze na rozerwanie, gdyby "normalne" atomy zastąpić "silniejszymi" izotopami. Ponieważ takie wiązania są dużo stabilniejsze, możliwe stałoby się spowolnienie procesów utleniania i starzenia. Biochemik tłumaczy, że jeśli nakarmimy zwierzęta paszą z izotopami, dostaną się one do naszych organizmów wraz z ich mięsem. Jakiś czas temu Shchepinov opublikował w piśmie Rejuvenation Research artykuł, w którym opisał, jak można wzmocnić izotopami białka, kwasy tłuszczowe oraz związki budujące DNA. Były pracownik Uniwersytetu w Oksfordzie wierzy, że opracowana przez niego technologia w ciągu najbliższych 3 lat zostanie zastosowana w karmie dla zwierząt, a następnie rozpoczną się testy kliniczne z udziałem ludzi. Czterdziestojednoletni chemik jest tak pewny swego, że zadeklarował, iż przetestuje zmodyfikowane filety z kurczaka na sobie i to już za kilka miesięcy. W doświadczeniach wykorzystuje się izotopy dwóch pierwiastków: węgla i wodoru, a szczególnie deuter (2H lub D, ciężki wodór) i węgiel-13. Deuter da się uzyskać z wody, a węgiel-13 z dwutlenku węgla. Jest to dość drogi proces, ale przeprowadzanie go na większą skalę mogłoby obniżyć koszty. Rosjanin założył firmę Retrotrope i szuka sponsorów, którzy sfinansowaliby jego pomysł.