Bodi pri miru, da te slikam!

Švedska raziskovalna skupina je v reviji Physical Review Letters objavila algoritem za rekonstrukcijo slike vrtečih se vzorcev pri Braggovem uklonu. To predstavlja pomemben korak v kristalografiji nove generacije elektronskih pospeševalnikov oziroma sinhrotronov.

Opazovanje mikroskopskih lastnosti kristalov ni lahek podvig. Optični mikroskopi so pri opazovanju mikrosveta omejeni na valovno dolžino svetlobe. Žarek svetlobe z veliko valovno dolžino namreč z majhnimi delci ne more interagirati, podobno kot boja na poti do obale ne zmoti cunamija. Druga težava pri optičnih mikroskopih je pojav uklona. Svetla točka se tako ne preslika več v eno samo točko na detekcijski ravnini, ampak v nekoliko večjo zabrisano liso. Tako pri majhni razdalji med delci teh med seboj ne razločimo več.

Uklon pa v svojo korist uporablja kristalografska metoda, imenovana Braggovo sipanje. Opazovano strukturo obsevamo z rentgenskimi žarki, ki se od kristalnih ravnin odbijajo in ustvarijo uklonsko sliko. Vsaka pika na tej sliki je posledica konstruktivne interference rentgenskih žarkov in je zaradi urejene strukture snovi še dodatno ojačana. Pri opazovanju pa nismo omejeni le na kristale, saj imajo tudi praškaste snovi in vlakna do neke mere urejeno obliko. Tako je na primer Rosalind Franklin s pomočjo uklona rentgenskih žarkov na DNK vlaknih odkrila njeno dvovijačno zgradbo.

Z razvojem nove generacije sinhrotronov, ki proizvajajo vse bolj intenzivne rentgenske žarke, lahko opazujemo vedno manjše delce. Je pa to dvorezen meč, saj postanejo vzorci zaradi intenzivnih žarkov nestabilni. Švedska skupina znanstvenic in znanstvenikov je razvila nov algoritem za obdelavo uklonskih slik, pridobljenih z metodo, imenovano slikanje s koherentnimi rentgenskimi žarki. Tak algoritem je zmožen obnove tridimenzionalne slike obsevanih nanodelcev, ki se zaradi koherentnega snopa rentgenskih žarkov nekontrolirano vrtijo. V primerjavi z vrstičnimi in elektronskimi mikroskopi ima slikanje z Braggovim koherentnim uklonom sicer nižjo resolucijo, ponuja pa globlje prodiranje v vzorec in vpogled v obremenitev ter napake na posameznih delcih.

Raziskovalna skupina je poskus opravila na 60-nanometrskem prisekanem oktaedru iz zlata, izpostavljenem rentgenskim žarkom sinhrotrona nove generacije laboratorija MAX IV v Lundu. Vzorec je pri miru držalo ogrodje iz ogljika, ki je hkrati preprečevalo deformacije samega sistema. Tega so izpostavili zelo intenzivnemu rentgenskemu žarku. Ob rotaciji vzorca se je spreminjala intenziteta interferenčne slike in opazili so, da se je vzorec zavrtel v in iz njegovega maksimuma v nekaj sekundah. Kljub nihanju intenzitete med posameznimi posnetki jim je z novo metodo uspelo reproducirati tridimenzionalno uklonsko sliko vzorca. Posledično so reproducirali tudi sliko opazovanega sistema.

Znanstvenice in znanstveniki so s svojim delom omogočili nadaljnjo uporabo metode za dinamične vzorce ali delce v suspenzijah, seveda ob pogoju, da je hitrost zajemanja uklonskih slik večja od rotacij. S tem želijo utreti pot novi, četrti generaciji sinhrotronov za namen Braggovega koherentnega uklonskega slikanja.

Z rentgenskimi žarki bi se rada igrala tudi vajenka Tina.