Een team onder leiding van de Universiteit van Ohio is erin geslaagd röntgenfoto’s te maken van een enkel atoom in de Verenigde Staten. Voor het eerst werd zowel een enkel ijzeratoom als een atoom van het aardmetaal terbium geïdentificeerd. Tot nu toe heeft het kleinste object dat mogelijk is om met röntgenstraling te bestuderen een attogram gewogen, dat groot is vergeleken met een enkel atoom. Volgens de onderzoekers kan deze nieuwe methode een revolutie teweegbrengen in het materiaalonderzoek.

Professor Saw Water Hla van de Universiteit van Ohio zei: “Dit resultaat verandert de wereld.” Röntgenstralen worden nu algemeen gebruikt in de geneeskunde, fundamenteel natuurkundig onderzoek en astrofysica. Op Mars gebruikt de rover Curiosity van de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie zijn röntgenapparaat om de samenstelling van de rotsen van de planeet te bestuderen en het is een belangrijke toepassing voor de studie van materialen en elementen.

In het verleden was het gebruikelijk om 10.000 atomen of meer in een monster te hebben en het signaal geproduceerd door een enkel atoom was te zwak om tussen de interferentie te worden gedetecteerd. Röntgenstralen die synchrotrons en observatoria produceren, zijn nu echter zo ontwikkeld dat waarnemingen van steeds kleinere objecten kunnen worden gedaan.

Een van de belangrijkste apparaten die bij het onderzoek werden gebruikt, was de synchrotron van het Argonne National Research Institute aan de rand van Chicago. Het apparaat produceert sterke röntgenstraling door elektronen te versnellen. Het atoom werd gedetecteerd met behulp van een scanning tunneling microscoop met een zeer scherpe metalen punt, die extreem dicht bij het doel was geplaatst.

In dit geval waren de doelwitten een ijzeratoom en een terbiumatoom, die aan speciale moleculen waren vastgemaakt. Een tunnelmicroscoop werkt zo dat er een opening ontstaat tussen de scherpe punt en het voorwerp. De röntgenstralen geproduceerd door de synchrotron exciteren de elektronen van het atoom en foto-elektronen bewegen over de opening.

Een scherpe metalen punt registreert de foto-elektronen, die vervolgens de eigenschappen van het atoom onthullen. De onderzoekers ontdekten dat het aardmetaal-terbiumatoom onder zijn eigen omstandigheden gedijde en chemisch onveranderd was. Het ijzeratoom daarentegen had een sterke wisselwerking met zijn omgeving. Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature.