এক্সরেতে জটিল অনুর ছবি

 কানসাস স্টেট ইউনিভার্সিটির পদার্থবিজ্ঞানী ড্যানিয়েল রোলস ও আর্টেম রুডেনকো এবং তাদের স্নাতক ছাত্র জিয়াং লি একটি আন্তর্জাতিক গবেষণা দলের অংশ হয়ে সম্প্রতি নেচার জার্নালে "X-ray multiphoton-induced Coulomb explosion images complex single molecules" নামে একটি নিবন্ধ প্রকাশ করে।

দলটি জটিল অণুর ছবি তোলার জন্য বিশ্বের বৃহত্তম এক্স-রে লেজার, দ্যা ইউরোপীয়ান XFEL(X-Ray Free-Electron Laser Facility) ব্যবহার করে। অতি-উজ্জ্বল এক্স-রে ফ্ল্যাশের সাহায্যে বিজ্ঞানীরা পারমাণবিক রেজোলিউশনে গ্যাস-ফেজে থাকা আয়োডোপাইরিডিন(C₅H₄IN) অণুর ছবি তুলতে সক্ষম হন। এ প্রক্রিয়ায় অণুগুলি এক্স-রে লেজারের আঘাতে ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র খন্ডে পরিণত হয় এবং পরবর্তীতে টুকরোগুলো একত্র করে তা থেকে চিত্রটি পুণর্গঠন করা হয়। এই পদ্ধতিটি 'কুলম্ব এক্সপ্লোশন ইমেজিং' নামে পরিচিত। কুলম্ব এক্সপ্লোশন ইমেজিং এ- উচ্চ ঘনত্বের এবং অতিক্ষুদ্র সময়ের আল্ট্রা-শট এক্স-রে লেজার পালস, অণুগুলো থেকে অসংখ্য ইলেক্ট্রন বের করে ফেলে। ফলে অবশিষ্ট ধনাত্মক চার্জযুক্ত পরমাণুর মধ্যে শক্তিশালী ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক বিকর্ষণের কারণে অণুটি কয়েক ফেমটোসেকেন্ডের(10^-15s) মধ্যে বিস্ফোরিত হয় এবং পরমাণুগুলি আলাদা হয়ে একটি ডিটেক্টরে ধরা দেয়।

Credit: Lightsources.

এই গবেষক দল এবং অন্যান্য আরও অনেক গবেষকেরা এর আগেও কুলম্ব এক্সপ্লোশন ইমেজিং পদ্ধতি ব্যাবহার করে অণুর ছবি তোলার চেষ্টা করছে, কিন্তু ড্যানিয়েল রোলসের দলই এই প্রথম এই পদ্ধতি ব্যাবহার করে তুলনামূলকভাবে বড় অণুর অধিক নির্ভুল এবং পরিষ্কার ছবি তুলতে সক্ষম হয়।

আর্টেম রুডেনকো বলেন, "এখানে মূল বিষয়গুলোর মধ্যে একটি হল আমরা যে সমস্ত হাইড্রোজেন পরমাণু দেখতে পাচ্ছি, তা এক্স-রে বা ইলেক্ট্রন বিচ্ছুরণের মতো আরও অনেক প্রচলিত পদ্ধতিতে চিত্রিত করা বেশ কঠিন কাজ"।

নেচার ফিজিক্সে প্রকাশিত কাজটি এই নতুন ইমেজিং কৌশলটি বিকাশের বৃহত্তর প্রচেষ্টার অংশ।

"সম্প্রতি, আমাদের সহযোগিতা আমাদের স্নাতক ছাত্র জিয়াং লির নেতৃত্বে শারীরিক পর্যালোচনা গবেষণায় একটি ঘনিষ্ঠ-সম্পর্কিত কাগজ প্রকাশ করেছে , যেখানে আমরা দেখিয়েছি যে কিছুটা সহজ অণুর জন্য, এমনকি সম্পূর্ণ 3D কাঠামো ক্যাপচার করা যেতে পারে," রুডেনকো বলেছেন।

চিত্রগুলি আণবিক চলচ্চিত্রগুলি রেকর্ড করার দিকে একটি গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ, যা গবেষকরা উচ্চ রেজোলিউশন সহ জৈব রাসায়নিক, রাসায়নিক এবং শারীরিক প্রতিক্রিয়াগুলির বিশদ পর্যবেক্ষণ করতে ভবিষ্যতে ব্যবহার করার আশা করছেন৷

"ইউরোপীয় XFEL-এর মতো এক্স-রে ফ্রি-ইলেক্ট্রন লেজারের অত্যন্ত সংক্ষিপ্ত এক্স-রে ডালগুলির সাথে এটি কতটা ভাল কাজ করে তা দেখে আমরা জটিল অণুগুলিতে ফটোকেমিক্যাল বিক্রিয়ার আণবিক চলচ্চিত্রগুলি গ্রহণ করতে সক্ষম হওয়ার সম্ভাবনা সম্পর্কে সত্যিই উত্তেজিত হয়েছি। সাধারণ ডায়াটমিক্স বা ট্রায়াটমিক্সের চেয়ে একটু বেশি উত্তেজনাপূর্ণ, এবং অনেক প্রযুক্তিগত অ্যাপ্লিকেশনের জন্য প্রাসঙ্গিক," রোলস বলেছেন।

এই উপলব্ধিটি বিশেষভাবে সময়োপযোগী কারণ স্ট্যানফোর্ডের SLAC ন্যাশনাল ল্যাব এই শরতে তার আপগ্রেড করা উচ্চ-পুনরাবৃত্তি-রেট এক্স-রে লেজার, LCLS-2 শুরু করতে চলেছে, যা এখন পর্যন্ত ব্যবহৃত বর্তমান সংস্করণের তুলনায় প্রতি সেকেন্ডে 1,000 গুণ বেশি ডাল সরবরাহ করবে। . প্রদর্শিত কুলম্ব বিস্ফোরণ ইমেজিং কৌশলের সাথে এই অবিশ্বাস্যভাবে উচ্চ পুনরাবৃত্তি হারগুলিকে আঁচড়ানোর ফলে আণবিক "সিনেমা তৈরির" ক্ষেত্রে বিপ্লব ঘটবে যা সৌর শক্তি রূপান্তর, ফটোক্যাটালাইসিস এবং কৃত্রিম সালোকসংশ্লেষণের মতো গুরুত্বপূর্ণ প্রযুক্তিগত ক্ষেত্রগুলিকে উপকৃত করবে।

"আমরা সম্প্রতি কে-স্টেট এ আমাদের ল্যাবের জন্য উচ্চ পুনরাবৃত্তি হার, 100-kHz ফেমটোসেকেন্ড লেজার কেনার জন্য ন্যাশনাল সায়েন্স ফাউন্ডেশন থেকে $1.1 মিলিয়নেরও বেশি তহবিল পেয়েছি," রুডেনকো বলেছেন৷ "এই নতুন লেজারের সাথে এবং আমরা কুলম্ব বিস্ফোরণ ইমেজিং সম্পর্কে যে জিনিসগুলি শিখেছি, আমরা আশা করছি এখানেও একই রকম সিনেমা নিতে পারব।"

রোলস এবং রুডেনকো কে-স্টেট পদার্থবিদ্যা বিভাগের জেআর ম্যাকডোনাল্ড ল্যাবরেটরিতে কাজ করেন, যা মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে পারমাণবিক, আণবিক এবং অপটিক্যাল পদার্থবিদ্যার অন্যতম সক্রিয় কেন্দ্র। SLAC-এর মতো, ল্যাবটি মার্কিন শক্তি বিভাগের দ্বারা অর্থায়ন করা হয়। লি এখন SLAC ন্যাশনাল অ্যাক্সিলারেটর ল্যাবরেটরিতে কাজ করছেন।

কাজটি ইউরোপীয় XFEL-এর রেবেকা বোলের নেতৃত্বে একটি বড় আন্তর্জাতিক গবেষণা দল দ্বারা সঞ্চালিত হয়েছিল, যার মধ্যে হামবুর্গ, ফ্রাঙ্কফুর্ট এবং মেইন এবং ক্যাসেল, সাংহাইয়ের জিয়াও টং ইউনিভার্সিটি, কানসাস স্টেট ইউনিভার্সিটি, ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক ইনস্টিটিউটের গবেষকরা অন্তর্ভুক্ত ছিল। মেডিকেল রিসার্চ এবং নিউক্লিয়ার ফিজিক্সের জন্য, ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক সোসাইটির ফ্রিটজ হ্যাবার ইনস্টিটিউট, ইউএস এক্সিলারেটর সেন্টার এসএলএসি, হ্যামবুর্গ ক্লাস্টার অফ এক্সিলেন্স সিইউআই: অ্যাডভান্সড ইমেজিং অফ ম্যাটার, সেন্টার ফর ফ্রি-ইলেক্ট্রন লেজার সায়েন্স এট ডিইএসওয়াই, ডিইএসই এবং ইউরোপিয়ান এক্সফেল .