نمایش سه بعدی اتم‌ها به دو روش تمام نگاری

دنیس گابور، فیزیكدان مجاری الاصل، در سال 1948 فكری مطرح كرد كه تقریباً 50 سال از زمان خودش جلوتر بود. او در این سال اصول نظری تمام نگاری را بنا كرد، كه همین هم از زمان خودش جلوتر بود، اما ضمناً پیش بینی كرد كه زمانی از تمام نگاری برای تهیه تصویر مستقیم سه بعدی اتم‌ها استفاده خواهد شد. گابور در سال 1971 جایزه نوبل فیزیك را برای ابداع تمام نگاری دریافت كرد، اما زنده نماند تا كاربرد آن در مقیاس اتمی را ببیند. علت این بود كه برای این كار چشمه‌های قوی و همدوس پرتوX، و نیز وسیله‌ای برای ردیابی پرتوی X حاصل از اتم‌های معین نمونه لازم است؛ هیچ یك از این دو قبلاً فراهم نبود. اما سال پیش دو گروه رویای گابور را محقق كرده‌اند. در مارس 1996، یك گروه مجار گزارشی دادند كه با استفاده از اتم‌های خود نمونه به عنوان چشمه‌های همدوس پرتوی X، نخستین تمام نگاشت اتم‌های یك جامد را به دست آورده‌اند. در آوریل همان سال گروه دیگری، از آزمایشگاه‌های آمریكا و آلمان، گزارش دادند كه با روش دیگری تمام نگاشت اتمی به دست آورده‌اند. این روش هم به قدر روش قبلی هوشمندانه است: در اینجا از اتم‌ها به عنوان آشكارگر پرتوهای X استفاده می‌شود نه مولد آن.
این پیشرفت، دریچه جدیدی به جهان خرد است. تا به حال ابزاری كه به كمك آن آرایش سه بعدی اتم‌های جامدات را آشكار می‌كردند، عمدتاً بلورشناسی پرتو x بوده است. با این روش، از روی پرتوهای X پراكنده از بلور چیزهایی درباره مكان اتم‌ها به دست می‌آورند. اما این روش قاعدتاً ساختار میانگین جامدات منظم را به دست می‌دهد. در مقابل با تمام نگاری می‌توان اطلاعاتی از ساختارهای موضعی جامدات به دست آورد، اطلاعاتی كه در بلورشناسی پرتو X حذف می‌شود. تمام نگاری روشی برای تعیین انحراف از ساختار میانگین به دست می‌دهد.
طرحی كه منجر به تحقق تمام نگاری پرتو X شد، در سال 1986 ارائه شد. برای اینكه تمام نگاری در مقیاس اتمی كاركند، باید دست كم یكی از این دو جزء چشمه یا آشكارگر، بسیار نزدیك به نمونه باشد. در سال 1986 راهی برای جاسازی چشمه در نمونه پیشنهاد شد: باید نمونه را در معرض تابشی پرانرژی قرار داد؛ در این صورت بعضی از اتم‌های آن فلوئورسان می‌شوند و پرتوهای همدوس X می‌گسیلند. بر اساس این طرح قسمتی از این پرتوها، موج مرجع بدون اغتشاش به آشكارگری كه خارج نمونه است می‌رسند. بعضی دیگر، موج جسم از اتم‌های همسایه پراكنده می‌شوند و بعد به آشكارگر می‌رسند. با سنجش شدت نقاط مختلف نقش تداخل موج مرجع و موج جسم، فاز موج جسم و، به طور غیر مستقیم، مكان اتم‌های نمونه تعیین می‌شود. می‌توان تابش القاگر را چنان تنظیم كرد كه اتم‌های خاصی فلوئورسان شوند، و به این ترتیب ناحیه معینی را بررسی كرد.
اما این طرح به مدت نزدیك به یك دهه عملی نشد. در سال 1995 گروه مجار یك بلور نوعی كانی پروسكیت (SrTiO3) را تحت تابش پرتو X آزمایشگاه قرار دادند. معلوم شد كه از 2000 نقطه درون بلور پرتوهای Xای با طول موج بلندتر گسیل می‌شود. در همین حال، گروه امریكایی – آلمانی نیز در حال كار بود. روش این گروه تقریباً بر عكس روش گروه مجار بود. در این روش اتم‌های فلوئورسان به عنوان آشكارگر به كار می‌روند نه چشمه. پرتوی X قوی و همدوس حاصل از یك سینكروترون به عنوان موج مرجع به كار می‌رود. این موج مستقیماً به اتم‌های فلوئورسان تابیده می‌شود. موج پراكنده از اتم‌های همسایه هم به عنوان موج جسم عمل می‌كند. این دو موج در اتم فلوئورسان، كه همان آشكارگر است، با هم تركیب می‌شوند و موج فلوئورسانی تولید می‌كنند كه شدت آن به شدت موج مركب در آن نقطه بستگی دارد. تمام نگاری پرتوی X هم، مثل بلورشناسی پرتوی X، نمی‌تواند در مورد مواد بسیار بی نظم، مثل بافت‌های زنده، به كار رود. با وجود این تمام نگاری پرتوی X ابزار مهمی برای متخصصان مواد خواهد بود. به كمك آن می‌توان ناخالصی‌ها، و نقاطی از شبكه را كه نظم در آنجا به هم می‌خورد بررسی كرد، از جمله نقاطی كه دو لایه ماده بلورین به هم وصل می‌شوند. مثالی از اینها لایه‌های نازك (كمتر از 10 تا 20 اتم) ژرمانیم بین اتم‌های سیلسیم، یا لایه‌های نازك ژرمانیم بین دو لایه سیلسیم است.