صورة الأشعة السينية السنكروترونية ذرة واحدة - عالم الفيزياء

وصل دقة الفحص المجهري للمسح النفقي للأشعة السينية السنكروترونية إلى حد الذرة المفردة لأول مرة ، وذلك بفضل العمل الجديد الذي قام به الباحثون في مختبر أرجون الوطني في الولايات المتحدة. سيكون لهذا التقدم آثار مهمة في العديد من مجالات العلوم ، بما في ذلك البحوث الطبية والبيئية.

يوضح القائد المشارك في الدراسة أن "أحد أهم تطبيقات الأشعة السينية هو توصيف المواد" رأى واي هلاأرغون الفيزيائي وأستاذ في جامعة أوهايو. "منذ اكتشافها بواسطة رونتجن قبل 128 عامًا ، كانت هذه هي المرة الأولى التي يمكن فيها استخدامها لتوصيف العينات عند الحد الأقصى لذرة واحدة فقط."

حتى الآن ، كان أصغر حجم للعينة يمكن تحليله هو أتوجرام ، والذي يبلغ حوالي 10,000 ذرة. وذلك لأن إشارة الأشعة السينية التي تنتجها ذرة واحدة ضعيفة للغاية وأن أجهزة الكشف التقليدية ليست حساسة بما يكفي لاكتشافها.

إثارة الإلكترونات على مستوى النواة

في عملهم الذي قام الباحثون بالتفصيل فيه الطبيعةأضافوا طرفًا معدنيًا حادًا إلى كاشف الأشعة السينية التقليدي للكشف عن الإلكترونات المثارة بالأشعة السينية في العينات التي تحتوي على ذرات الحديد أو التيربيوم. يتم وضع الطرف على ارتفاع 1 نانومتر فقط فوق العينة والإلكترونات المثارة هي إلكترونات على مستوى النواة - وهي في الأساس "بصمات أصابع" فريدة لكل عنصر. تُعرف هذه التقنية بالمجهر المجهري لمسح الأنفاق بالأشعة السينية السنكروترون (SX-STM).

تجمع SX-STM بين الدقة المكانية الفائقة لمجهر المسح النفقي والحساسية الكيميائية التي توفرها إضاءة الأشعة السينية. عندما يتم تحريك الطرف الحاد عبر سطح العينة ، تمر الإلكترونات نفقًا عبر الفراغ بين الطرف والعينة ، مما يؤدي إلى تكوين تيار. يكتشف الطرف هذا التيار ويحوله المجهر إلى صورة توفر معلومات عن الذرة الموجودة أسفل الحافة.

يوضح هلا أن "نوع العنصر والحالة الكيميائية وحتى التوقيعات المغناطيسية يتم ترميزها في نفس الإشارة" ، "لذلك إذا تمكنا من تسجيل توقيع الأشعة السينية لذرة واحدة ، فمن الممكن استخراج هذه المعلومات مباشرةً."

ستسمح القدرة على فحص ذرة فردية وخصائصها الكيميائية بتصميم مواد متقدمة بخصائص مضبوطة لتطبيقات محددة ، كما يضيف القائد المشارك للدراسة فولكر روز. "في عملنا ، نظرنا في الجزيئات التي تحتوي على التيربيوم ، والتي تنتمي إلى عائلة العناصر الأرضية النادرة ، والمستخدمة في تطبيقات مثل المحركات الكهربائية في السيارات الهجينة والكهربائية ، ومحركات الأقراص الصلبة ، والمغناطيسات عالية الأداء ، ومولدات توربينات الرياح ، والإلكترونيات القابلة للطباعة والمحفزات. توفر تقنية SX-STM الآن وسيلة لاستكشاف هذه العناصر دون الحاجة إلى تحليل كميات كبيرة من المواد ".

تقنية جديدة تنتج صور الأشعة السينية الملونة بسرعة وكفاءة

يضيف هلا أنه في مجال الأبحاث البيئية ، سيكون من الممكن الآن تتبع المواد السامة المحتملة وصولاً إلى مستويات منخفضة للغاية. "الأمر نفسه ينطبق على الأبحاث الطبية حيث يمكن اكتشاف الجزيئات الحيوية المسؤولة عن المرض عند الحد الذري" ، كما يقول عالم الفيزياء.

يقول الفريق إنه يريد الآن استكشاف الخصائص المغناطيسية للذرات الفردية لتطبيقات الإلكترون spintronic والكمية. يوضح هلا: "سيؤثر هذا على مجالات بحثية متعددة ، بدءًا من الذاكرة المغناطيسية المستخدمة في أجهزة تخزين البيانات ، والاستشعار الكمومي والحوسبة الكمومية على سبيل المثال لا الحصر".

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون السيارات / المركبات الكهربائية ، كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• BlockOffsets. تحديث ملكية الأوفست البيئية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/synchrotron-x-rays-image-a-single-atom/