ظهور ‌نسل‌ جدید ‌میکروسکوپ‌های ‌هلیومی‌

 اکنون گروهی از دانشمندان در اسپانیا با طراحی و ساخت مسطح‌ترین آینه جهان امیدوارند از آن برای ساخت نسل جدیدی از میکروسکوپ‌های هلیومی استفاده کنند تا دیگر جایی برای چنین نگرانی‌هایی وجود نداشته باشد. دکتر آمادئو واسکوئز پارگا از دانشگاه مادرید در گفتگوی اختصاصی با سیب جزییات بیشتری از پروژه تیم همراهش را تشریح می‌کند.

 شما برای ساخت مسطح‌ترین سطح یا بهتر بگوییم آینه جهان و در نهایت استفاده از آن در نسل جدید میکروسکوپ‌های هلیومی صرفا به سراغ سیلیکون نرفتید بلکه از ترکیب آن با فلز استفاده کردید، چرا؟

سیلیکون ماده ارزشمندی است که برخی خصوصیات ممتاز و در عین حال برخی ویژگی‌های نه چندان جالب توجه دارد. هدف اصلی ما از طراحی و ساخت مسطح‌ترین سطح یا آینه جهان، بهره‌گیری از آن در میکروسکوپ‌های هلیومی است تا با ضریب دقت بالایی به بررسی ریزساختارهای موجود در جهان بپردازیم. سیلیکون ذاتا ماده‌ای نه چندان جالب توجه از حیث انعکاسی بودن است. از سوی دیگر سطوح فلزی با ضریب بسیار بالایی پرتوهای هلیوم را منعکس می‌کنند. از این‌رو تصمیم گرفتیم این دو ماده را در ترکیب با یکدیگر برای ساخت این سطح و در نهایت بهره‌گیری از آن در میکروسکوپ مورد نظرمان استفاده کنیم. یادمان باشد سطوح سیلیکونی تنها و تنها یک درصد از پرتوهای هلیومی وارده را با بالاترین ضریب دقت ممکن متمرکز می‌کنند که نتیجه آن ارائه تصویری نه چندان واضح و تیره در میکروسکوپ‌های هلیومی فعلی است.

آیا استفاده از ترکیب هلیوم و فلز مشکلات موجود را بخوبی حل می‌کند؟

مساله اصلی در استفاده از سیلیکون این است که این ماده در سطوح اتمی، ماده‌ای مسطح به حساب نمی‌آید. سیلیکون ماده‌ای نیمه‌هادی است و پیوندهای اتمی آن از نوع کوالانسی است و زمانی که کریستال‌های سیلیکونی را به منظور تولید سطحی خاص از هم جدا می‌کنید، با انبوهی از پیوندهای شکسته در سطح ماده روبه‌رو خواهید شد. این پیوندهای شکسته ساختار الکترونیکی موج‌داری ایجاد می‌کنند که نتیجه آن کاهش شدت پرتوهای هلیومی در میکروسکوپ‌های هلیومی است. پرتوهای هلیومی نسبت به هرگونه نقصی در سطح ماده حساس هستند و وجود نواسان‌های یاد شده کافی است تا شمار پرتوهای انعکاسی هلیوم کاهش قابل توجهی پیدا کند و این یعنی مشاهده تصویری ناواضح در میکروسکوپ هلیومی. اما در سطح فلزی این مشکل وجود ندارد؛ زیرا چنین پیوندهایی وجود ندارد و در نتیجه ساختار الکترونیکی مسطح‌تر است. با این حال شما به یک لایه نیمه‌هادی نیاز دارید چون برای ساخت آینه ویژه میکروسکوپ به متمرکز کردن پرتوها نیاز دارید و برای متمرکز کردن نیز باید بتوانید سطح ماده را به حالت خم درآورید. البته با استفاده از فلز به تنهایی انجام چنین کاری امکان‌پذیر نیست، از این رو مجبور شدیم تا از سیلیکون به عنوان لایه زیرین و فلز روی آن استفاده کنیم.

پس به نظر می‌رسد میکروسکوپ‌های هلیومی مزایای قابل توجهی داشته باشند؟

مزیت استفاده از میکروسکوپ‌های هلیومی این است که اتم‌های هلیوم انرژی بسیار پایینی دارند و نمی‌توانند به نمونه‌های بیولوژیکی مورد بررسی آسیب وارد کنند، اما اگر بخواهید همین نمونه‌های مولکولی یا بیولوژیکی را با استفاده از میکروسکوپ‌های نوری یا الکترونی مشاهده کنید، باید خیلی مراقب باشید چون در صورت عدم استفاده از پرتوهایی با شدت مناسب، به نمونه‌ها خسارات جدی وارد خواهید کرد. این در حالی است که در میکروسکوپ‌های هلیومی چنین نگرانی‌ای وجود ندارد.

بارزترین جنبه‌های کاربردی میکروسکوپ‌های هلیومی جدیدی که با استفاده از این آینه جدید ساخته خواهند شد، چیست؟

نسخه جدید این نوع میکروسکوپ‌ها بی‌شک در بررسی‌های تحقیقاتی روی نمونه‌های بیولوژیکی و پزشکی کاربردهای گسترده‌تری خواهد داشت. تصور کنید امکانی وجود داشته باشد که طی آن بتوان تصاویر بسیار شفاف‌تر و واضح‌تری از ریزترین ساختارهای درونی انسان و نمونه‌های بیولوژیکی ارائه کرد.

برنامه بعدی شما برای توسعه این فناوری نوین چیست؟

ما تلاش خواهیم کرد ضریب انعکاس پرتوها را با ارائه سطحی سخت‌تر و در عین حال قابل خم شدن ارتقا بخشیم.
ما در جریان بررسی‌های خود دریافته‌ایم هرچه بتوانیم از ماده‌ای سخت‌تر استفاده کنیم، با افت کمتر شدت پرتوهای هلیوم مواجه خواهیم شد و در نتیجه شدت وضوح تصاویر مورد بررسی بالاتر خواهد رفت.

آیا تلاش‌های دیگری مشابه تلاش اخیر شما در گوشه و کنار جهان در حال انجام است؟

این مقوله توجه بسیاری از دانشمندان جهان را به خود جلب کرده است. پیش از این گروهی از دانشمندان دانشگاه کمبریج با استفاده از آینه سیلیکونی موفق به ارائه میکروسکوپی هلیومی شده بودند.

شما در ترکیب سیلیکون با فلز، از چه فلزی استفاده کردید و فکر می‌کنید می‌توان از عنصر فلزی بهتری نیز استفاده کرد؟

پس از بررسی‌های فراوان، استفاده از فلز پلوبوم را ترجیح دادیم. البته این فلز چندان هم جالب نیست چون فلزی نرم به حساب می‌آید و از این رو در صورت تغییر نسبی دمای محیط، کیفیت تصاویر را کاهش می‌دهد. از این رو از هم‌اکنون به فکر استفاده از عنصر فلزی بهتری در مقایسه با پلوبوم هستیم.

کمی هم درباره ساختار این آینه صحبت کنید؟

ساختار این آینه بسیار ساده است. پایه اصلی سیستم لایه کریستالی بسیار مسطحی از سیلیکون است که به میزان کافی خم شده است. روی آن نیز 7 لایه اتمی از فلز نرم پلوبوم قرار گرفته است. پس از حرارت دادن این ترکیب، سطح مورد نظر خود را که هم‌اکنون به عنوان مسطح‌ترین آینه جهان نیز شناخته شده است ارائه کرده‌ایم.

ویژگی‌های آینه‌ای که ارائه کرده‌اید، چه موارد قابل ذکری هستند؟

نتیجه نهایی این پروژه برای خود ما هم جذاب و حیرت‌آور بوده است. ما در نهایت موفق به خلق فیلم بسیار نازکی شده‌ایم که بهتر است به آن عنوان آینه بی‌نقص را بدهیم. نکته قابل توجه این است که این سطح در ابعاد اتمی مسطح به حساب می‌آید به طوری که‌ 90درصد سطح آینه از ضخامت یکسانی برخوردار است. این آینه می‌تواند 15 درصد از اتم‌های هلیوم را در قالب پرتوی نوری متمرکز کند و امیدوار هستیم تا این افزایش کیفیت را به 40 درصد هم برسانیم.

 مهدی پیرگزی‌