A nem gömb alakú atommagok legkisebb energiájú gerjesztett állapotaihoz tartozó mozgásforma a forgás. A gömbszimmetrikus atommagok a kvantummechanika szerint nem foroghatnak, hiszen egy gömbszimmetrikus kvantummechanikai rendszer térbeli elforgatása nem eredményez új állapotot. A nem gömb alakú atommagok többségének az alakja közelítőleg forgási ellipszoid, azaz az egyik tengelye körül megforgatott ellipszis (szivar alak). Az ilyen alakú atommagok a szimmetriatengelyre (azaz a szivar hossztengelyére) merőleges tengely körül foroghatnak, amely forgástengely iránya egybeesik a perdületvektor irányával, és a térben állandó.  

A legújabb atommag-elméletek szerint bizonyos neutronszám és protonszám tartományba tartozó atommagok alakja nem forgási ellipszoid, hanem háromtengelyű ellipszoid. Az ilyen atommagok a fentebb leírt forgáson kívül egy bonyolultabb forgást is végezhetnek: gyorsan forognak az egyik főtengely körül és ez a forgástengelyük a térben állandó perdületvektor körül lassabban körbefordul. Ez némileg hasonló a Föld forgástengelyének elfordulásához az állócsillagokhoz képest és a magfizikai szakirodalomban imbolygó forgásnak nevezik. Ilyen forgást eddig nagyon kevés atommag esetén sikerült kimutatni, a ~100 nukleont tartalmazó atommagok tartományában pedig egyáltalán nem volt ismert.

Az MTA Atomki kutatói nemzetközi együttműködésben vizsgálták a 105-ös tömegszámú, azaz 46 protont és 59 neutront tartalmazó palládium atommag forgását. Kísérletileg meghatározták a gerjesztett állapotok azon új csoportját, amely az imbolygó forgáshoz tartozhat, valamint az ezen állapotok bomlásából származó gamma-sugárzások tulajdonságait. A kísérletben a franciaországi IReS kutatóintézet részecskegyorsítóját és a nemzetközi együttműködésben létrehozott EUROBALL gamma detektorrendszert, valamint a DIAMANT töltött-részecske detektort használták. Ez utóbbinak a kifejlesztésében az MTA Atomki kutatói szintén vezető szerepet játszottak.

A kapott kísérleti eredmények jó egyezésben vannak az atommag-elméleti számítások előrejelzéseivel és bizonyítják a 105-ös tömegszámú palládium atommag háromtengelyű ellipszoid alakját, valamint az imbolygó forgás jelenlétét. Ez volt az első olyan kísérlet, amelyben az imbolygó forgást egy páratlan számú neutront tartalmazó atommagban figyelték meg. Az eredmények megerősítik azt az elméleti előrejelzést, hogy az imbolygó forgás általános jelenség a háromtengelyű ellipszoid alakú atommagok esetén.

     A fogászati implantátumok fejlesztése a fogorvostudomány napjaink egyik legintenzívebben fejlődő kutatási területe. Az implantátumok túlnyomó többsége titán vagy titán-alapú ötvözetből készül, megfelelő mechanikai szilárdságú, nem mágnesezhető és korrózióálló. Kitűnő tulajdonságai mellett azonban biológiai környezetben semleges tulajdonságokat mutatnak, ami károsan hat az implantátum és a környező csontszövet optimális kapcsolódására. A terhelhetősége és a hosszú élettartama szempontjából tehát kulcskérdés a beültetett implantátum csontszövetbe történő integrálódása (osszeointegrációja), a megfelelő biológiai kapcsolat kialakítása. Emellett, mind a fogorvosok, mind pedig a betegek részéről érthető igény a csontosodási idő lerövidítése anélkül, hogy ez a beültetés sikerességet rontaná. Ebből adódóan a kutatások jelentős része a felület fizikai, kémiai módosításán keresztül kívánja növelni a bioaktivitást és az csontosodási hajlamot.

Az implantátumok felületmódosítása során a felületre olyan bioaktív anyagokat visznek fel, melyek segítik a csontsejtek növekedését és a csontregenerációt.  Például kalcium-szilikát tartalmú vegyületek esetén bizonyított a kiváló bioaktivitás. Kézenfekvő tehát, hogy a fogászati implantátumok felületeit beültetés előtt kalcium-szilikáttal vagy annak valamilyen vegyületével kezeljük.

     Ebben a munkában titán felületen olyan nanostruktúrált kalcium-szilikát (CaSi) vékonyréteg kialakítása volt a cél, amely antibakteriális és csontgyógyulást serkentő hatással bír. Az együttműködő partner által a korábbi eljárásokhoz képest olcsóbb és környezetbarát úton [C.C. Chen, Ceramic International 41 (2015) 5445] előállított kalcium-szilikát por alkalmazásával eljárást dolgoztunk ki nanostrukturált vékonyréteg létrehozására. Munkánk során megépítettük az eszközt és kidolgoztuk az optimális működési paramétereket az elektrosztatikus szórás („electrospray”) alkalmazására. A bevonatolt Ti lemezeket különböző hőmérsékleteken hőkezelve kerestük meg azt a hőmérsékleti tartományt, ahol a Ti lemezen a kívánt rutil fázisú TiO₂ legalább 1 um vastagságúra növekszik, de ugyanakkor a CaSi rétegben nem történik jelentősebb változás. A mintákat szerkezeti változásait röntgendiffrakcióval, az összetevők kémiai változásait Raman-spektroszkópiával, a felületi morfológiát pedig pásztázó elektronmikroszkóppal vizsgáltuk.

     Megállapítottuk, hogy a 700 és 800 ^oC-on hőkezelt mintákban a TiO₂ réteg vastagsága elérte a 1.5 um-t, ami alkalmazás szempontjából már elfogadható. Mindeközben az eredeti rétegre jellemző β-Ca₂SiO₄ fázis megmaradt, bár csekély mértékű oxidációja megfigyelhető volt, az ennél magasabb hőmérsékleten (900 ^oC) pedig átalakult a biokompatibilitási szempontból kedvezőtlenebb CaSiO₃ és Ca₃SiO₄ fázisokra. Mivel alacsonyabb hőmérsékleteken a TiO₂ rétegvastagság kialakulásának mértéke nem volt megfelelő, így a bevonatolt Ti lemezek utólagos hőkezelését 700-800 ^oC tartományban találtuk optimálisnak. Vizsgáltuk a rétegek Ti, illetve TiO₂ réteghez való kötésének erősségét is. Az eredmények azt mutatták, hogy a 800 ^oC-os hőkezeléssel a kezdeti 2.6 MPa értékről 9.5 MPa-ra növekedett.

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 pozitív rezisztként előhívnia.

Ebben a cikkben a szerzők két előhívási módszert mutatnak be arra, hogy hogyan lehet a szilárd, térhálósodott, adalék-mentes PDMS-t pozitív rezisztanyagként előhívni és mikrostruktúrákat létrehozni benne. Pozitív rezisztként történő előhíváskor a besugárzott helyeken nedveskémiai eljárással eltávolítjuk a kémiailag módosult polimert, így előre definiált, tetszőleges mintázatban kinyithatjuk a PDMS réteget. A mikrostruktúrákat 7 mm és 45 mm vastag poli-dimetil-sziloxán rétegekben hozták létre, amelyeket teljesen a hordozóig átmarattak. Az előhívott alakzatok oldalfala sima és függőleges, az átmérőjükhöz képest mély lyukak is jó minőségben kimaródtak a szubsztrátig. A cikkben bemutatott előhívási módszerek lehetővé teszik, hogy a jövőben a szilárd, térhálósodott, adalék-mentes poli-dimetil-sziloxánt számos területen alkalmazzák a lithográfiában, például mikro és nanostruktúrák létrehozására.

A radioaktív ionnyalábokon végzett kísérletekben a stabil izotópoktól nagyon eltérő proton/neutron arányú atommagok vizsgálata is lehetővé vált. Ezekben az egzotikus atommagokban számos, a stabilitási sáv mentén nem tapasztalt jelenséget figyeltek meg. A magfizika egyik alapvető modellje, a héjmodell szerint az atommagot alkotó protonok és neutronok, vagyis a nukleonok energiaszinteken, pályákon helyezkednek el. A pályák csoportosulva héjakat alkotnak, amelyeket nagyobb energiaközök választanak el egymástól. Minden pályán csak bizonyos, a kvantummechanika szabályai szerint meghatározott számú proton vagy neutron tartózkodhat. Az igen nehezen gerjeszthető, a környezetüktől sokkal stabilabb atommagokban a héjak teljesen fel vannak töltve, azokon a lehetséges maximális számú proton és neutron tartózkodik.

A stabilitási sáv mentén elhelyezkedő atommagokban az energiaszintek változása jól ismert mind kísérletileg, mind elméletileg. Azonban már az első radioaktív ionnyalábos kísérletekben megfigyelték, hogy a neutrontöbblet növelésével az atommagokban a pályák energiái fokozatosan módosulnak, ami kihat az atommagok szerkezeti tulajdonságaira, azok stabilitására is. A legújabb elméleti kutatások szerint a neutrongazdag atommagokban az energiaszintek módosulását az okozza, hogy a nagy neutrontöbblet miatt a neutronok a következő főhéjon a protonokéval erősen átfedő pályán helyezkednek el. Ebben az esetben láthatóvá válik az ú.n. tenzor kölcsönhatás eredménye, amely a neutronok és protonok között hat egy töltött pion cseréjével. A pioncserés kölcsönhatás a protonok és neutronok relatív spinbeállásától függően vonzó vagy taszító, változtatva ezzel a spin partner pályák energiaközeit is.

Az MTA Atommagkutató Intézet Magfizikai Laboratóriumának Magspektroszkópiai kutatócsoportja már évtizedek óta kutatja a neutrontöbbletes atommagokat radioaktív ionnyalábos kísérletekben. A Cu-77 atommag szerkezetét a japán Radioaktív Izotóp Nyaláb Gyárban, RIKEN-ben végzett 1 proton kilökéses mérésben vizsgálták gamma-spektroszkópiai eszközökkel. Miután azonosították a Cu-77 atommag alacsonyan fekvő gerjesztett állapotait, az alkalmazott reakció szelektív jellegének köszönhetően meg tudták határozni, hogy ebben az izotópban milyen pályákon tartózkodnak a protonok és energiában hol helyezkednek el ezek a pályák. Összehasonlítva a kapott energiakülönbségeket a stabilitási sáv mentén előforduló értékekkel azt találták, hogy a legkülső spin partner pályák közötti energiakülönbség körülbelül a felére csökken a stabilitási sáv és az ettől távoli egzotikus atommagok között, ami összhangban van a tenzor erő várt hatásával.

A 22Ne(p,gamma)23Na magreakció köti össze a csillagokban történő héliumégés során nagy gyakorisággal keletkező 22Ne atommagot és az egyetlen stabil, 23-as tömegszámú nátriumizotópot. A 22Ne atommag jelentős forrása az asztrofizikai s-folyamat során keletkező neutronoknak is. A 22Ne(p,gamma) reakció felelős az oxigén- és nátriumgyakoriság között, gömbhalmazokban megfigyelt antikorrelációért. Ahhoz, hogy ezt az antikorrelációt megmagyarázzuk a 22Ne(p,gamma) reakció sebességének az ismerete alapvető. Az utóbbi évekig ez a sebesség meglehetősen nagy bizonytalansággal rendelkezett. Méréseinkkel sikerült ezt jelentősen lecsökkenteni, amikor három új rezonanciát fedeztünk fel. Azonban két kérdés még tisztázatlan maradt. Két alacsonyabb energiájú (71 keV, 105 keV) rezonanciára utaló jeleket mutattak be korábban egy indirekt mérésben, illetve a hatáskeresztmetszet direkt komponensét még senki sem mérte meg. Ebben a cikkünkben ennek a két kérdésnek jártunk utána. A LUNA együttműködés keretében egy gázcéltárgy és egy 400 kV-os, földalatti gyorsító segítségével a 71 keV-es és a 105 keV-es rezonanciák hatáskeresztmetszetére olyan alacsony felső határt sikerült megadnunk, hogy járulékuk jelentéktelenné vált asztrofizikai szempontból. A nemrezonáns komponensről pedig megállapítottuk, hogy a teljes sebességhez jelentősen, mintegy 30%-ban járul hozzá. Az új reakciósebesség felhasználásával és csillagmodellek segítségével kimutattuk a 23Na gyakoriságának növekedését. Ez jelentősen elősegítheti a Na-O antikorreláció megértését.

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.