Yeni Yöntem, Spektroskopide Nobel Ödüllü Bir Tekniğin Uygulanmasıyla Kimyasal Reaksiyonlar ve Malzeme Özellikleri Hakkında Daha Gelişmiş Bir Anlayış Vaat Ediyor

Stokastik Uyarılmış X-ışını Raman Saçılması (s-SXRS) adı verilen teknik, atomlardaki elektronları uyarmak için yoğun X-ışını darbeleri kullanır. Bu teknik, Avrupa XFEL'de öncü bir deneyde uygulandı. Araştırmacılar, MPIK'de tasarlanmış, hedef gaz olarak neonla doldurulmuş, küçük, 5 milimetrelik yüksek basınçlı bir gaz hücresine bir X-ışını demeti yönlendirdiler. Elde edilen radyasyon, ışığı farklı dalga boylarına ayıran bir cihaz olan bir kafes spektrometresinde toplanıp analiz edilir. X-ışınları gazdan geçerken, rezonansla saçılan radyasyonu -Raman sinyalleri olarak adlandırılan, atomların ve moleküllerin uyarılmış elektronik durumları hakkında bilgi sağlayan bir tür X-ışını parmak izi- neredeyse bir milyar kat artırırlar.

Güçlendirilmiş sinyal, femtosaniye zaman ölçeğinde (yani saniyenin milyarda birinin milyonda biri) atomların elektronik yapısı hakkında ayrıntılı bilgi sağlar. Kovaryans analizi adı verilen istatistiksel bir yöntem, gelen X-ışını darbelerini atomlardan yayılan Raman sinyalleriyle ilişkilendirir. Bilim insanları, bunu kullanarak, farklı enerji seviyelerini yavaşça taramak yerine, birçok anlık görüntüden ayrıntılı bir enerji spektrumu oluşturur. Bir zamanlar "gürültü" olarak kabul edilen şey, böylece karmaşık verilerden ayrıntılı bilgi çıkarılmasını sağlayan değerli bir kaynağa dönüşür.

Her X-ışını flaşındaki yüksek foton sayısı, ölçüm sinyalini güçlendirmekle kalmaz, aynı zamanda dedektör üzerindeki birçok fotonun etkisini ortalama alarak en yüksek spektral çözünürlüğün anahtarını da elinde tutar. Rastgele ancak tamamen ilişkili dalga boylarındaki bu yüksek foton sayısı, bu geniş ancak belirgin spektral sivri uçların merkezlerinin konumunu, genişliklerinin normalde göstereceğinden çok daha hassas bir şekilde belirlemeyi sağlar. Bu yaklaşım, 2014 Nobel Kimya Ödülü'nü kazanan süper çözünürlüklü mikroskopi tekniğine benzer.

Deneysel sonuçların yorumlanması için temel bir destek, X-ışını darbelerinin gaz içinde yayılırken karmaşık etkileşimlerinin büyük ölçekli simülasyonlarıydı. Argonne Liderlik Hesaplama Tesisi (ALCF), ölçülen verilerle yakından eşleşen bu hesaplamalar için gerekli hesaplama gücünü sağladı ve böylece araştırmacıların bu süreçler hakkındaki anlayışlarını doğrulayarak gelecekteki araştırmalar için yol açtı. Sürekli gelişmelerle s-SXRS, dünya çapındaki laboratuvarlarda standart bir araç haline gelebilir, birçok alanda inovasyonu teşvik edebilir ve elektronik ve nanoteknoloji gibi endüstrileri etkileyen kimyasal analiz ve malzeme biliminde çığır açan atılımlar için zemin hazırlayabilir.

KAYNAK: https://www.chemeurope.com/en/news/1186761/super-resolution-x-ray-technique-uncovers-atomic-structures.html