X одного атома

Заполните форму ниже, и мы вышлем вам по электронной почте PDF-версию статьи «Рентгеновская сигнатура одиночного атома была записана впервые»

Заполните форму ниже, чтобы разблокировать доступ ко ВСЕМ аудиостатьям.

Ученые впервые измерили рентгеновскую сигнатуру одного атома. Работа была опубликована в журнале Nature и подготовлена ​​многоцентровой командой, в которую входят исследователи из Университета Огайо, Аргоннской национальной лаборатории, Университета Иллинойса-Чикаго и других. Исследование может оказать огромное влияние на то, как ученые определяют химический состав материалов.

Рентгеновские лучи используются во многих областях – от сканирования сломанных костей до обнаружения угроз безопасности в аэропортах. В научных исследованиях рентгеновские лучи используются для анализа свойств материалов. Достижения в области аналитических приборов, такие как появление рентгеновского синхротрона, уменьшили размер выборки, необходимый для получения точных показаний. В настоящее время наименьшее количество вещества, необходимое для рентгеновского анализа, — это аттограмм, который составляет примерно 10 000 атомов и более. Новое достижение представляет собой шаг вперед в наших возможностях обнаружения.

Подпишитесь на ежедневный информационный бюллетень Technology Networks, чтобы каждый день доставлять последние научные новости прямо на ваш почтовый ящик.

До сих пор предел аттограммов существовал из-за слабости рентгеновского сигнала, создаваемого меньшими атомными количествами. Со Вай Хла, исследователь Аргоннской национальной лаборатории и профессор физики Университета Огайо, сказал, что ученые уже давно нацелены на создание метода изображения меньшего количества атомов. «Атомы можно регулярно получать изображения с помощью сканирующего зондового микроскопа, но без рентгеновских лучей невозможно сказать, из чего они состоят. Теперь мы можем точно определить тип конкретного атома, по одному атому за раз, и можем одновременно измерить его химический состав. состояние", - сказала Хла.

Чтобы находиться в подвешенном состоянии под этим физическим барьером, Хла и его команда использовали изготовленный по индивидуальному заказу рентгеновский синхротрон, расположенный в Центре наноразмерных материалов Аргоннской национальной лаборатории.

В статье исследователи продемонстрировали свою технику, охарактеризовав сигналы атомов железа и тербия. Исследователи добавили к обычному рентгеновскому оборудованию специализированный детектор. Этот бонусный сканер имел острый металлический стержень, помещенный непосредственно рядом с образцом. Чрезвычайная близость стержня позволяла ему улавливать возбужденные электроны, образующиеся при сканировании образца. Этот метод называется синхротронной рентгеновской сканирующей туннельной микроскопией или SX-STM. Энергия, излучаемая атомами, связана с их основными физическими свойствами, а это означает, что они представляют собой уникальные элементарные «отпечатки пальцев», позволяющие идентифицировать атом.

«Используемая техника и концепция, проверенная в этом исследовании, открыли новые горизонты в рентгеновской науке и наномасштабных исследованиях», — сказал Толулоп Майкл Аджайи, аспирант и первый автор исследования. «Более того, использование рентгеновских лучей для обнаружения и характеристики отдельных атомов может революционизировать исследования и дать рождение новым технологиям в таких областях, как квантовая информация и обнаружение микроэлементов в экологических и медицинских исследованиях, и это лишь некоторые из них. Это достижение также открывает новые возможности. путь к передовым инструментам для материаловедения».

Затем команда продолжила охарактеризовать, как на атомы повлияло хранение внутри разных молекулярных хозяев. «Мы обнаружили, что атом тербия, редкоземельного металла, довольно изолирован и не меняет своего химического состояния, в то время как атом железа сильно взаимодействует со своим окружением», — сказал Хла.

Применение этих новых знаний охватывает многие области. Редкоземельные металлы, такие как тербий, являются ключевыми компонентами повседневных устройств, таких как телевизоры и телефоны, а также в передовых технологиях, таких как лазеры и аэрокосмические сплавы. Новые результаты позволят ученым, работающим с этими материалами, лучше понять, как их химические свойства изменяются под воздействием окружающей среды, что должно открыть еще больше потенциальных возможностей использования этих элементов.