A mikro/nanofluidika, a mikro/nanooptika, és a mikro/nanomechanikai (MEMS/NEMS) rendszerek területén bekövetkező gyors fejlődés a lithográfiai technikák folyamatos fejlődését is megköveteli. Ez nem csak a különböző besugárzási technikák fejlesztését jelenti, hanem az új, besugárzásra érzékeny, úgynevezett rezisztanyagok felkutatását és fejlesztését is. Új rezisztanyagok bevezetésével egyre kisebb és egyre jobb minőségű mikrostruktúrák állíthatók elő, illetve a lithográfiai eljárások egyszerűbbé, megbízhatóbbá válhatnak.

A poli-dimetil-sziloxán (PDMS) a legelterjedtebben használt szilícium alapú, szerves, térhálósodó polimer. Annak ellenére, hogy számos tudományterületen (pl. mikrofluidika, nanomegmunkálás) széles körben használják, általában öntőformaként vagy kiöntő anyagként szolgál. Az elmúlt néhány évben többeknek sikerült ugyan folyékony PDMS-ből mikrostruktúrákat létrehozni, de a szilárd, térhálósodott, adalék-mentes PDMS-t eddig még senkinek nem sikerült előhívnia.

Ebben a cikkben a szerzők mikrostruktúrák létrehozásán keresztül demonstrálják, hogyan lehet a szilárd, térhálósodott, adalék-mentes PDMS-t negatív rezisztként előhívni, illetve vizsgálják, hogy az elkészült mikrostruktúrák hogyan állnak ellent különböző oldószereknek. Az elkészült mikrostruktúrák 45 um és 100 um magasak, sima és függőleges oldalfalak jellemzik, kemények, merevek, nagyon jól tapadnak üveg alaplemezhez és kémiailag nagyon ellenállóak. Ezek a tulajdonságok ideálissá teszik a szilárd, térhálósodott, adalék-mentes poli-dimetil-sziloxánt számos területen történő lithográfiai alkalmazásra, mikro és nanostruktúrák létrehozására.

További érdekességként a cikkben említésre kerül, hogy ugyan erre az anyagra sikerült kidolgozni egy másik előhívási technikát, amivel először sikerült a PDMS-t pozitív rezisztként előhívni és alkalmazni szintén mikrostruktúrák előállítására. Mivel eddig erre nem volt ismert eljárás, ezek az eredmények is széleskörű érdeklődésre tarthatnak számot.

Kozmogén izotópokoknak nevezzük azokat az izotópokat, melyek a kozmikus sugárzás hatására képződnek a légkörben vagy a Föld felszínén. A kozmikus sugárzás Földet érő intenzitása attól is függ, hogy mekkora a Nap mágneses térerőssége. A Nap mágneses térerőssége 11 éves periodicitást mutat (ezt nevezzük Napciklusnak), ezért a kozmogén izotópok képződési intenzitása elvileg követi a Napciklust. A geokémiában gyakran használt kozmogén izotópok sok esetére már korábban kimutatták a Napciklus és a termődési ráta közötti összefüggést. A ¹⁴C, a ⁷Be, valamint a ¹⁰Be izotópokra már egyértelmű bizonyítékot szerzett a kutatótársadalom, noha ezek a kutatások nem közvetlenül a termelődést vizsgálják, hanem olyan anyagokban található izotópkoncentrációk idősorait elemezték, amelyben ezek az elemek megtalálhatóak. ¹⁴C esetén ez lehet a légköri szén-dioxid vagy faévgyűrűk, míg berillium izotópok esetén ez a légköri aeroszol. Ezen anyagok idősorait elemezve a légköri folyamatokat, valamint a Nap légkörre vonatkozó hatását lehet jobban megérteni. A hidrogén radioaktív izotópja, a trícium (³H) a természetben szintén a kozmikus sugárzás hatására jön létre a troposzféra felső rétegeiben és a sztratoszférában. 2001 óta tartó saját debreceni tríciumméréseink, valamint a Föld különböző helyeiről származó 15 másik csapadék idősort elemezve elsőként a világon sikerült kimutatnunk, hogy a csapadék kozmogén tríciumkoncentrációja és a Napciklus között egyértelmű összefüggés áll fenn. Ez korábban egyrészt azért sem volt lehetséges, mert a légköri termonukleáris fegyverkísérletek hatására a csapadék tríciumkoncentrációja 100-1000-szeresére emelkedett (ún. bombacsúcs), ami elnyomta a természetes változásokat, valamint nem volt elegendően pontos a kutatók rendelkezésére álló méréstechnika. A tríciumidősorok Fourier-elemzésével sok esetben nem csak a jól ismert szezonális periodicitást sikerült detektálnunk, hanem egy 12,4±1,8 éves periódust is, amely jól egyezük az utóbbi három Napciklus 10,6±1,8 éves átlagos hosszával. Keresztkorrelációs és különféle wavelet analízis vizsgálatok is szignifikáns periódust mutattak a 11 év körüli tartományban. Mivel azonban az ezen a viszonylag rövid időszakon (20-30 év) vizsgált azonos periódus létezése még nem bizonyítja az ok-okozati összefüggést, egyenként kizártuk azon lehetséges tényezők hatását, amelyek hatással vannak. Kizártuk, hogy ez mesterséges, a nukleáris iparból származó hatás lenne. Backward trajektóriák elemzésével kizártuk azt, hogy esetleg a légköri nedvesség uralkodó származási helye változott volna meg úgy, hogy az látszólagos periodicitást eredményezett volna. Szándékaink szerint olyan gleccsermintákon szeretnénk folytatni a kutatást, ahol a bombacsúcs előtti időkről származó jégminták tríciumtartamának elemzésekor már nem kell az emberi trícium hatásával számolni.

A negatív ionok igen érdekes szerepet játszanak az atomfizikai kutatásokban, mivel egy semleges atom egy plusz elektront csak az elektronkorreláción keresztül képes stabil kötött állapotban megtartani. A negatív ionok kvantummechanikai leírása napjainkban is nehézkes még néhány elektronos atomok/molekulák esetében is, annak ellenére, hogy az első elméleti munka már közelítőleg 90 éve megjelent negatív hidrogén ionra. A részletes irodalmi áttekintés a cikkben megtalálható.

Jelen közleményben negatív fluor ionokon bekövetkező egy foton-direkt kétszeres elektron leválasztási folyamat (PDD, PhotoDouble Detachment) létezésének egyértelmű kimutatása kerül bemutatásra, amely a F- ion 1s-2p héjai közötti korreláció eredménye. Továbbá abszolút hatáskeresztmetszetet határoztak meg erre a másodrendű folyamatra jellemző fotonenergia-tartományban.

Az ismertetett kísérleti eredmények új lehetőséget nyitnak az elektronkorreláció tanulmányozására azzal, hogy ionok fotoionizációs folyamatát vizsgálták és kimutatták az egy foton-direkt kétszeres elektron leválasztási folyamatok létezését, valamint ennek jelentőségét atomok, molekulák és ezek ionjainak fotoionizációjában. Az ionok alkalmazásának nagy előnye az, hogy viszonylag egyszerűen változtatható az elektronkorreláció erőssége az elektron-mag kölcsönhatáshoz viszonyítva. 

        A mágneses rezonancián alapuló orvosdiagnosztikai képalkotó rendszerek (MRI) rutinszerű alkalmazása igen elterjedt. Ennek következtében a felhasznált gadolínium-tartalmú kontraszt anyagok (GBCA) mennyisége is jelentősen megnövekedett. A gadolíniumot tartalmazó kontraszt anyagok a betegek vizeletével a szennyvízhálózatba kerülnek. A szennyvíztisztító telepek nem tudják az antropogén gadolínium koncentrációját a kívánt mértékben lecsökkenteni. A felszíni vizek gadolínium koncentrációjának növekedését világszerte kimutatták. Az utótisztító tórendszerekben használt hínárnövények GBCA felvételét eddig nem tanulmányozták.

            Négy olyan hínárfaj (púpos békalencse – Lemna gibba, érdes tócsagaz – Ceratophyllum demersum, aprólevelű átokhínár – Elodea nuttallii, kanadai átokhínár – E. canadensis) kontrasztanyag felvételét tanulmányoztuk, melyek a magyarországi szennyvíztelepek utótisztító tórendszereiben tömegesek.

            A kontrasztanyagok közül az Omniscant és a Dotaremet vizsgáltuk, ezt a két anyagot elterjedten alkalmazzák az MRI központokban. A növényeket laboratóriumi körülmények között neveltük. A GBCA felvételét és leadását a gadolínium-tartalmuk alapján, ICP-MS technikával követtük.

            Szignifikáns bioakkumulációt nem tudtunk kimutatni. GBCA-t tartalmazó tápoldaton nevelve, a növényi szövetekben a Gd koncentráció maximuma egy nap alatt állt be a békalencse, és négy nap alatt az érdes tócsagaz esetében. A tócsagaznál a nyílt láncú Omniscan kétszer olyan magas szöveti koncentrációt eredményezett, mint a makrociklusos Dotarem. Kontraszt anyagot tartalmazó tápoldaton tevelt, majd GBCA-t nem tartalmazó tápoldatra helyezett békalencsék Gd-tartalma 1,9 nap alatt csökkent felére az Omniscan, és 2,9 nap alatt a Dotarem esetében. Egyik hínárnövény sem csökkentette szignifikánsan a víz Gd koncentrációját a vizsgált 1-256 ug/L tartományban.

Eredményeink alapján az utótisztító tórendszerek sem tudják lecsökkenteni a vizek antropogén gadolínium koncentrációját. Úgy tűnik, a vizinövények nem akkumulálják ezeket a vegyületeket, így rajtuk keresztül nem kerülhet gadolínium a táplálékláncba.

A vasnál nehezebb stabil izotópok döntő többsége neutronbefogás révén keletkezik az úgynevezett s illetve r folyamatokban. Azonban kizárólag ezen két folyamat segítségével a nehéz elemek izotópgyakoriságai nem írhatóak le, legalább még két asztrofizikai folyamat szükséges bizonyos magok szintéziseihez.

Egyrészt található a stabilitás völgyének proton-gazdag oldalán körülbelül 30-35 olyan, többnyire páros-páros, kis gyakoriságú atommag melyek jelenlegi ismereteink szerint a korábban létrejött s illetve r magok fotobomlása révén az úgynevezett asztrofizikai p-folyamat során keletkezik. Másrészt a Ge és Ag elemek között található neutron gazdag stabil izotópokat az asztrofizikai r folyamat csak igen kis hatékonysággal képes létrehozni. A szupernóva összeomlások legújabb szimulációi azonban megmutatták, hogy a neutroncsillagok felszínéről a robbanás során lelökött mindössze kissé neutron gazdag anyagban (p,n) és (α,n) reakciók révén ezen izotópok megfelelő gyakorisággal felépülhetnek a gyenge r-folyamat során.  

A fent leírt mindkét folyamatot kiterjedt reakcióhálózat számításokkal modellezik, melyben az egyes reakció hatáskeresztmetszeteket a statisztikus modell segítségével, globális magpotenciálok alkalmazásával származtatják. Az elméleti hatáskeresztmetszet jóslatok kísérleti adatokkal való összevetése lehetővé teszi az asztrofizikai modellek magfizikai inputjának ellenőrzését.

A 115In magon lejátszódó α-részecske indukált magreakció hatáskeresztmetszetek és 115In(α,α)115In rugalmas alfa részecske szórás szögeloszlások párhuzamos mérésével megszorítottuk a modellszámításokban használt magfizikai input paramétereket – úgymint α-részecske mag optikai potenciál, γ-erősség függvény, nívósűrűség – ezenkívül becslést adtunk az alfa-indukált reakciók csillaghőmérsékletnek megfelelő energiákra vonatkozó hatáskeresztmetszeteire.

Az atomok részecskebombázással kiváltott egyszeres ionizációja egy háromtest szétesési folyamat: az ütközés végállapotát a bombázó részecske, az atom szabaddá vált elektronja és az ionizált atom alkotja. A folyamat megértése elméleti szempontból komoly kihívást jelent, mivel a három távolodó részecske közötti hosszú hatótávolságú Coulomb-erő a részecskék szabad mozgását az atomi méreteket sokszorosan meghaladó távolságokban is jelentékenyen módosítja. Ez a háromtest probléma ezért egzaktul nem oldható meg, a folyamat leírása csak közelítésekkel lehetséges. Az ionizációs elméleti modellek kísérleti ellenőrzésének leghatékonyabb módja a folyamatra vonatkozó teljesen differenciális hatáskeresztmetszetek mérése. Egy ilyen mérés során meghatározzák a három szabaddá váló részecske mindegyikének az impulzusvektorát, azaz kinematikailag komplett mérést hajtanak végre az ütközési folyamaton. Az atomi ütközések területén ilyen jellegű mérésekre a reakció mikroszkópként is emlegetett COLTRIMS (cold-target-recoil-ion-momentum spectroscopy) technikát fejlesztették ki. Ezt az elmúlt évtizedekben nagyszámú vizsgálatban alkalmazták, és egyre tökéletesítették. A COLTRIMS hatékonyságát nemrégen egy, a Frankfurti Egyetemen elvégzett kísérlettel demonstrálták, amely során 1 MeV-es protonoknak hélum atomokkal történő ütközésében az emittált részecskék impulzusát rekord pontossággal mérték meg. A kapott teljesen differenciális hatáskereszt-metszeteket nagyon jó egyezésben találták a perturbációs elméletek előrejelzéseivel. Ez azért egy nagyon fontos eredmény, mert korábban hasonló ütközés feltételekkel elvégzett kísérletekben a mért és a számított adatok között jelentős eltérések mutatkoztak. Egy ilyen nagy vitát kiváltó kísérletet a Nature folyóiratban közöltek 2006-ban. A cikk szerzői azt találták, hogy a mért adatok egy részét az akkori legpontosabb elméleti modell sem képes reprodukálni. A fent említett frankfurti kísérlet arra hívta fel a figyelmet, hogy az elméleti modellek és a korábbi kísérletek közötti ellentmondás részben az impulzusmérés elégtelen pontosságára vezethető vissza.

A frankfurti mérési eredmények elméleti interpretálására a publikáló cikk szerzői, valamint további elméleti munkák szerzői kvantummechanikai perturbációs számításon alapuló elméleti modelleket alkalmaztak. Kérdésként vetődött fel, hogy a mért adatok értelmezhetők-e egy klasszikus mechanikai, nem-perturbatív elmélettel, nevezetesen a a klasszikus pályák számításán alapuló Monte Carlo (classical trajectory Monte Carlo, CTMC) módszerrel. A CTMC a kölcsönható részecskékre felírt Newton-egyenleteket oldja meg. A megoldáshoz a

kinematikai változók kezdeti megválasztása azok kvantummechanikai eloszlásai alapján történik. Jelen cikk azt mutatja meg, hogy a CTMC egy továbbfejlesztett változata alkalmas a tekintett ionizációs folyamatra vonatkozó teljesen differenciális hatáskeresztmetszetek meghatározására. Ugyanakkor összehasonlítva a módszer eredményeit a kvantummechanikai számításokkal, felhívja a figyelmet az ütközés azon részfolyamataira, amelyek tisztán kvantummechanikai jellegűek. A cikk a CTMC-vel elemzi a korábbi kísérletek eredményeit. Kiemelten foglalkozik a Nature-ben közölt mérési adatokkal. Ez utóbb analízis egyik fontos megállapítása a

kísérletben alkalmazott lövedékrészecske koherencia tulajdonságával kapcsolatos: a kísérlet és elmélet közötti ellentmondás egy lehetséges oka a lövedék koherenciavesztése.