Einem Forscherteam der Ohio University ist es erstmals gelungen, eine Röntgenaufnahme eines einzigen Atoms zu erstellen. So erhalten die Forscher rund um Saw-Wai Hla erstmals einen Einblick in die Zusammensetzung von Atomen.

Ihre Ergebnisse berichten sie in einer Studie, die im Journal Nature veröffentlicht wurde. Tatsächlich ziert das Projekt sogar das Cover der Print-Version des Journals, wie ein Artikel der Ohio University schreibt.

Für die Welt der Wissenschaft ist das ein potenziell enormer Durchbruch. „Atome können routinemäßig mit Rastersondenmikroskopen abgebildet werden, aber ohne Röntgenstrahlen kann man nicht sagen, woraus sie bestehen. Wir können jetzt genau die Art eines bestimmten Atoms erkennen, ein Atom nach dem anderen, und gleichzeitig seinen chemischen Zustand messen“, erklärte Hla.

Weiter sagt er: „Sobald wir dazu in der Lage sind, können wir die Materialien bis zur endgültigen Grenze von nur einem Atom zurückverfolgen. Dies wird große Auswirkungen auf die Umwelt- und Medizinwissenschaften haben und möglicherweise sogar ein Heilmittel finden, das enorme Auswirkungen auf die Menschheit haben kann. Diese Entdeckung wird die Welt verändern.“

Für normale Röntgengeräte wird eine Mindestanzahl an Atomen benötigt, um diese scannen zu können. Diese liegt momentan bei einem Attogramm, was rund 10.000 Atomen oder mehr entspricht.

Um in der Lage zu sein, ein einziges Atom zu röntgen, nutzten die Forscher ein speziell gebautes Synchrotron-Röntgeninstrument an der XTIP-Beamline von Advanced Photon Source und dem Center for Nanoscale Materials am Argonne National Laboratory.

Zu Demonstrationszwecken hat das Team ein Eisenatom und ein Terbiumatom untersucht. Mit der Synchrotron-Röntgenmethode konnten die Forscher dann den elementaren Fingerabdruck der Atome ausmachen. Sie konnte also nur von einem Atom feststellen, worum es sich handelt.

„Die verwendete Technik und das in dieser Studie bewiesene Konzept haben neue Wege in der Röntgenwissenschaft und in nanoskaligen Studien beschritten“, sagte Tolulope Michael Ajayi, der Erstautor der Studie.

„Darüber hinaus könnte die Verwendung von Röntgenstrahlen zur Erkennung und Charakterisierung einzelner Atome die Forschung revolutionieren und neue Technologien in Bereichen wie der Quanteninformation und dem Nachweis von Spurenelementen in der Umwelt- und medizinischen Forschung hervorbringen, um nur einige zu nennen. Dieser Erfolg ebnet auch den Weg für fortschrittliche materialwissenschaftliche Instrumente.“

Das Röntgen eines einzelnen Atoms eröffnet der Forschung ganz neue Möglichkeiten in vielen Bereichen. Viele künftige Technologien oder Materialien könnten auf dieser Forschung basieren.