Sünkrotronröntgenikiirgus kujutab ühte aatomit – füüsikamaailm

Sünkrotronröntgeni skaneeriva tunnelmikroskoopia eraldusvõime on esimest korda jõudnud ühe aatomi piirini tänu teadlaste uuele tööle. Argonne'i riiklik labor USA-s. Edusammud avaldavad olulist mõju paljudele teadusvaldkondadele, sealhulgas meditsiini- ja keskkonnauuringutele.

"Röntgenikiirguse üks olulisemaid rakendusi on materjalide iseloomustamine," selgitab uuringu kaasjuht Nägin Wai Hlat, Argonne'i füüsik ja professor Ohio Ülikool. "Alates selle avastamisest 128 aastat tagasi Roentgeni poolt, on see esimene kord, kui neid saab kasutada proovide iseloomustamiseks ainult ühe aatomi piirväärtusel."

Seni oli väikseim analüüsitav valim attogramm, mis on umbes 10,000 XNUMX aatomit. Põhjus on selles, et ühe aatomi tekitatav röntgenisignaal on äärmiselt nõrk ja tavapärased detektorid ei ole selle tuvastamiseks piisavalt tundlikud.

Põnevad tuumataseme elektronid

Oma töös, mida teadlased üksikasjalikult kirjeldavad loodus, lisasid nad tavapärasele röntgendetektorile terava metallist otsa, et tuvastada raua- või terbiumiaatomeid sisaldavates proovides röntgenkiirgusega ergastatud elektrone. Ots asetatakse proovist vaid 1 nm kõrgemale ja ergastatud elektronid on tuumataseme elektronid – sisuliselt iga elemendi jaoks ainulaadsed "sõrmejäljed". Seda tehnikat tuntakse kui sünkrotronröntgeni skaneerivat tunnelmikroskoopiat (SX-STM).

SX-STM ühendab skaneeriva tunnelmikroskoopia ülikõrge ruumilise eraldusvõime ja röntgenvalgustuse pakutava keemilise tundlikkusega. Kui teravat otsa liigutatakse üle proovi pinna, tunnevad elektronid läbi otsa ja proovi vahelise ruumi, luues voolu. Ots tuvastab selle voolu ja mikroskoop muudab selle pildiks, mis annab teavet otsa all oleva aatomi kohta.

"Elementaarne tüüp, keemiline olek ja isegi magnetsignatuurid on kodeeritud samasse signaali," selgitab Hla, "nii et kui suudame salvestada ühe aatomi röntgenikiirguse signatuuri, on võimalik seda teavet otse eraldada."

Võimalus uurida üksikut aatomit ja selle keemilisi omadusi võimaldab kavandada täiustatud materjale, mille omadused on kohandatud konkreetsetele rakendustele, lisab uuringu kaasjuht Volker Rose. "Oma töös vaatlesime haruldaste muldmetallide elementide perekonda kuuluvat terbiumi sisaldavaid molekule, mida kasutatakse sellistes rakendustes nagu hübriid- ja elektrisõidukite elektrimootorid, kõvakettad, suure jõudlusega magnetid, tuuleturbiini generaatorid, prinditav elektroonika ja katalüsaatorid. SX-STM tehnika pakub nüüd võimalust neid elemente uurida, ilma et oleks vaja analüüsida suuri materjalikoguseid.

Uus tehnika toodab värvilisi röntgenipilte kiiresti ja tõhusalt

Keskkonnauuringutes on nüüd võimalik jälgida võimalikke toksilisi materjale kuni äärmiselt madala tasemeni, lisab Hla. "Sama kehtib ka meditsiiniuuringute kohta, kus haiguste eest vastutavaid biomolekule saab tuvastada aatomipiiril," ütleb ta. Füüsika maailm.

Meeskond ütleb, et soovib nüüd uurida üksikute aatomite magnetilisi omadusi spintrooniliste ja kvantrakenduste jaoks. "See mõjutab mitut uurimisvaldkonda, alates andmesalvestusseadmetes kasutatavast magnetmälust, kvantanduritest ja kvantarvutustest kuni mõne üksiku nimeni," selgitab Hla.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Autod/elektrisõidukid, Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• BlockOffsets. Keskkonnakompensatsiooni omandi ajakohastamine. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/synchrotron-x-rays-image-a-single-atom/