Synkrotroniröntgensäteet kuvaavat yhden atomin – Physics World

Synkrotroniröntgenpyyhkäisytunnelimikroskopian resoluutio on saavuttanut ensimmäistä kertaa yhden atomin rajan, kiitos tutkijoiden uuden työn Argonnen kansallinen laboratorio Yhdysvalloissa. Edistyksellä on merkittäviä vaikutuksia monilla tieteen aloilla, mukaan lukien lääketieteellinen ja ympäristötutkimus.

"Yksi röntgensäteiden tärkeimmistä sovelluksista on materiaalien karakterisointi", selittää tutkimuksen toinen johtaja Näin Wai Hlan, Argonnen fyysikko ja professori klo Ohio University. "Sen jälkeen kun Röntgen löysi sen 128 vuotta sitten, tämä on ensimmäinen kerta, kun niitä voidaan käyttää näytteiden karakterisoimiseen vain yhden atomin rajalla."

Tähän asti pienin analysoitava näytekoko oli attogrammi, joka on noin 10,000 XNUMX atomia. Tämä johtuu siitä, että yhden atomin tuottama röntgensignaali on erittäin heikko ja tavanomaiset ilmaisimet eivät ole tarpeeksi herkkiä havaitsemaan sitä.

Jännittäviä ydintason elektroneja

Työssään, jossa tutkijat yksityiskohtaisesti luonto, he lisäsivät terävän metallisen kärjen tavanomaiseen röntgendetektoriin havaitsemaan röntgensäteillä viritetyt elektronit näytteistä, jotka sisältävät rauta- tai terbiumatomeja. Kärki on sijoitettu vain 1 nm näytteen yläpuolelle, ja virittyneet elektronit ovat ydintason elektroneja – olennaisesti "sormenjälkiä" jokaiselle elementille. Tämä tekniikka tunnetaan synkrotroniröntgenpyyhkäisytunnelimikroskopiana (SX-STM).

SX-STM yhdistää pyyhkäisytunnelimikroskoopin erittäin korkean spatiaalisen resoluution ja röntgenvalaistuksen tarjoaman kemiallisen herkkyyden. Kun terävää kärkeä liikutetaan näytteen pinnan poikki, elektronit tunnelevat kärjen ja näytteen välisen tilan läpi luoden virran. Kärki havaitsee tämän virran ja mikroskooppi muuttaa sen kuvaksi, joka antaa tietoa kärjen alla olevasta atomista.

"Alkuainetyyppi, kemiallinen tila ja jopa magneettiset allekirjoitukset on koodattu samaan signaaliin", Hla selittää, "joten jos voimme tallentaa yhden atomin röntgentunnisteen, on mahdollista saada tämä tieto suoraan."

Yksittäisen atomin ja sen kemiallisten ominaisuuksien tutkiminen mahdollistaa edistyneiden materiaalien suunnittelun, jonka ominaisuudet on säädetty tiettyihin sovelluksiin, lisää tutkimuksen toinen johtaja Volker Rose. ”Työssämme tarkastelimme harvinaisten maametallien ryhmään kuuluvaa terbiumia sisältäviä molekyylejä, joita käytetään muun muassa hybridi- ja sähköajoneuvojen sähkömoottoreissa, kiintolevyasemissa, tehokkaissa magneeteissa, tuuliturbiinigeneraattoreissa, tulostettavassa elektroniikassa. ja katalyytit. SX-STM-tekniikka tarjoaa nyt mahdollisuuden tutkia näitä elementtejä ilman, että tarvitsee analysoida suuria määriä materiaalia.

Uusi tekniikka tuottaa väriröntgenkuvat nopeasti ja tehokkaasti

Ympäristötutkimuksessa on nyt mahdollista jäljittää mahdolliset myrkylliset materiaalit erittäin alhaisille tasoille, lisää Hla. "Sama pätee lääketieteelliseen tutkimukseen, jossa taudista vastuussa olevat biomolekyylit voidaan havaita atomirajalla", hän kertoo. Fysiikan maailma.

Tiimi sanoo nyt haluavansa tutkia yksittäisten atomien magneettisia ominaisuuksia spintroni- ja kvanttisovelluksiin. "Tämä tulee vaikuttamaan useisiin tutkimusaloihin tiedontallennuslaitteissa käytettävästä magneettisesta muistista, kvanttitunnistuksesta ja kvanttilaskennasta muutamiin", Hla selittää.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. Autot / sähköautot, hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• BlockOffsets. Ympäristövastuun omistuksen nykyaikaistaminen. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/synchrotron-x-rays-image-a-single-atom/