قياس وزن الذرات عبر الإلكترونات

رغم أنه يمكن رؤية ذرات الغرافين بإطلاق الكترونات عبر المادة فيما، ما يدعى بنقل الالكترون المجهري، إلا أنه يمكن لنظائر مختلفة أخرى أن تبدو متطابقةً بهذه الطريقة.
لكل من العناصر المختلفة الموجودة في الطبيعة نظائرها المختلفة، فإذا أخذنا الكربون مثًلا، سنجد 99 ذرة من النظير 12C المستقر والأخف وزناً مقابل كل ذرة من النظير 13C، والذي يحوي أكثر عدد من نيوترون في نواته، وبعيداً عن هذا التنوع الطبيعي، يمكن أيضاً صناعة النظائر من المواد الكيميائية الغنية بالنظائر.

يسمح هذا للعلماء بدراسة سلوك الذرات وكيفية تشكيلها لمواد صلبة لتطوير تركيبها، ومع هذا، فإن معظم التقنيات التقليدية لقياس نسبة النظير تتطلب تحليل المادة، أو ينحصر مداها في بضع مئات النانومترات، ما يعني التشويش على تفاصيل مهمة.

في الدراسة الجديدة التي قادها جاني كوتاكوسكي – Jani Kotakoski، استخدم باحثون من جامعة فيينا مجهر نقل الكترون مجهري بتقنية المسح المتقدم يدعى Nion UltraSTEM100، لقياس النظائر على مساحات بحجم نانومترات من عينة غرافين.

يمكن للإلكترونات المشحونة بالطاقة ذاتها التي تكون صورة بنية الغرافين، أن تطلق ذرة واحدةً في كل مرة بسبب التشظي في نواة الكربون، وبسبب الكتلة الأكبر لنظير الكربون C13، يمكن أن يؤثر الالكترون على ذرة C12 بشكل أكبر، مفككاً إياها بسهولة أكبر، ليعطي العدد المتوسط للإلكترونات تقديراً عن تركيز النظير المحلي، ويشرح توما سوسي، أحد المشاركين في إنجاز الدراسة “كان المفتاح الأساسي لنجاح التجربة هو الجمع بين التجارب الصحيحة مع نموذج نظري مطور للعملية”.

ويتيح نشر الدراسة في دورية Nature Communications امكانية الاطلاع المصدر العلمي بالكامل، فبالإضافة إلى نشر التقارير المحكمة جنباً إلى جنب مع المقال، نشر الفريق وصفاً شاملاً للطرق والتحليلات المتبعة، بل وذهب الباحثون أبعد من هذا برفعهم لبيانات المجاهر إلى مستودع figshare الرقمي المفتوح للعموم.
بالنتيجة، أصبح من الممكن لكل شخص يملك اتصال انترنت استخدام واقتباس الصور ذات الأحجام الهائلة بشكل مجاني، ويضيف توما سوسي: “هي المرة الأولى، على حد علمنا، التي يتم مشاركة بيانات المجاهر الالكترونية فيها بهذا المقياس”.

تظهر النتائج أنه يمكن لمجاهر الإلكترونات ذات الدقة الذرية التفريق بين النظائر المختلفة للكربون، رغم أن الطريقة لم يتم تجربتها لحد الآن إلا على الغرافين، إلا أنها ممكنة التطبيق من حيث المبدأ على مواد أخرى ثنائية الأبعاد، وينتظر الباحثون تصديق براءة هذا الاختراع، إذ يختم جاني كوتاكوسكي ” تسمح لنا المجاهر الحديثة باكتشاف كافة المسافات الذرية بين الأجسام الصلبة، ومعرفة المواد الكيميائية المشكلة لها. يمكننا الآن إضافة النظائر إلى قائمة تلك المواد”.

ترجمة: حازم رعد
تدقيق بدر الفراك
المصدر