Szabad protonok

A H+ proton egyetlen hidrogénionból áll, amely a legkisebb és legkönnyebb a kémiai elemek közül. Ezek a protonok általában vízben fordulnak elő, ahol a H2O-atomok egy apró hányada spontán módon szétválik. Mennyiségük  egy folyadékban meghatározza, hogy az adott folyadék savas vagy lúgos kémhatású. 

A protonok rendkívül mobilisak, könnyedén haladnak a vízben az egyik vízmolekuláról a másikra ugrálva. Ennek a vízeben zajló szállítási folyamatnak a részleteit jól ismerjük, ugyanakkor egy szilárd felület jelenléte drámai módon befolyásolhatja a protonok viselkedését, és a tudósoknak jelenleg nincs olyan eszköz a kezükben, mellyel ezeket a mozgásokat víz és szilárd felületek találkozásánál megmérhetik.

Hasznos hibák

Egy új kutatás során a tudósok először vehették szemügyre a protonok viselkedését ott és akkor, amikor a víz szilárd felülettel érintkezik, egészen egyetlen protonig és egyetlen töltésig szűkítve a vizsgálat tárgyát. Megmutatták, hogy a protonok hajlamosak a két közeg közötti határfelületen mozogni. 

Jean Comtet, az EPFL Mérnöki Iskolájának (STI) posztdoktori kutatója elmondta: 

„Vizsgáltuk a víz és a bór-nitrid kristályok közötti határfelületet, és a kristály felülete hibákat tartalmazhat. Megállapítottuk, hogy ezek a hiányosságok markerként szolgálnak, és fényt bocsátanak ki, amikor egy proton kapcsolódik hozzájuk."

"Szuper nagyfelbontású mikroszkóp használatával vizsgáltuk ezeket a fluoreszcencia-jeleket és meghatároztuk a hibák helyzetét körülbelül 10 nanométeres hibahatárral, ami  hihetetlenül nagy pontosságot jelent. Még ennél is érdekesebb, hogy a kutatás új betekintést engedett a kristályhibák aktiválásának módszertanába.”

Minas Tirith jelzőtüzei

„Megfigyeltük ahogy a kristály felületén elhelyezkedő hibák felgyúlnak, egyik a másik után, amikor vízzel érintkeztek. Rájöttünk, hogy a kigyúlás világítási mintázatát egyetlen proton hozta létre, amely hibáról-hibára ugrott, felismerhető, fényes útvonalat hozva létre."

"A tanulmány egyik legfontosabb megállapítása, hogy a protonok hajlamosak mozogni a víz-szilárd felület mentén. A protonok folyamatosan mozognak, körbeölelve a szilárd anyag felületét.” 

Aleksandra Radenovic, az EPFL nanoméretű biológiai laboratóriumának (LBEN) professzora hozzátette:  „Ezért látunk hát ilyen típusú mintákat. Ez egy jelentős kísérleti áttörés, amely elősegíti annak megértését, hogy a vízben lévő töltések hogyan hatnak a szilárd felületekre.”

Comtet szerint:  „Megfigyeléseink ebben a konkrét összefüggésben könnyen extrapolálhatók más anyagokra és környezetre. Ezeknek a felfedezéseknek jelentős következményei lehetnek más területeken és tudományágakban is, a sejt-membrán interfész biológiai folyamatainak megértésétől a hatékonyabb szűrők és akkumulátorok megtervezéséig."

(Forrás: Nature Nanotechnology Képek: Unsplash, EPFL)