קרני רנטגן של סינכרוטרון מדמות אטום בודד - עולם הפיזיקה

הרזולוציה של מיקרוסקופ מנהור סריקת רנטגן סינכרוטרון הגיעה לראשונה לגבול של אטום בודד, הודות לעבודה חדשה של חוקרים ב- המעבדה הלאומית Argonne בארצות הברית. לקידום יהיו השלכות חשובות בתחומי מדע רבים, כולל מחקר רפואי וסביבתי.

"אחד היישומים החשובים ביותר של קרני רנטגן הוא אפיון חומרים", מסביר מנהיג שותף במחקר ראיתי את וואי חלה, פיזיקאי ופרופסור של ארגון ב אוניברסיטת אוהיו. "מאז גילויו לפני 128 שנים על ידי רונטגן, זו הפעם הראשונה שניתן להשתמש בהם כדי לאפיין דגימות בגבול הסופי של אטום אחד בלבד."

עד כה, גודל המדגם הקטן ביותר שניתן היה לנתח היה אטוגרמה, שהוא בסביבות 10,000 אטומים. הסיבה לכך היא שאות רנטגן המיוצר על ידי אטום בודד חלש ביותר והגלאים הקונבנציונליים אינם רגישים מספיק כדי לזהות אותו.

אלקטרונים מרגשים ברמת הליבה

בעבודתם, עליה מפרטים החוקרים טבע, הם הוסיפו קצה מתכתי חד לגלאי רנטגן קונבנציונלי כדי לזהות אלקטרונים הנרגשים בקרני רנטגן בדגימות המכילות אטומי ברזל או טרביום. הקצה ממוקם רק 1 ננומטר מעל המדגם והאלקטרונים שמתרגשים הם אלקטרונים ברמת הליבה - בעצם "טביעות אצבע" ייחודיות לכל אלמנט. טכניקה זו ידועה בשם מיקרוסקופ מנהור סריקת רנטגן סינכרוטרון (SX-STM).

SX-STM משלב את הרזולוציה המרחבית הגבוהה במיוחד של מיקרוסקופ מנהור סריקה עם הרגישות הכימית שמספקת תאורת רנטגן. כאשר הקצה החד מועבר על פני השטח של דגימה, אלקטרונים עוברים דרך החלל שבין הקצה לדגימה, ויוצרים זרם. החוד מזהה את הזרם הזה והמיקרוסקופ הופך אותו לתמונה המספקת מידע על האטום שמתחת לקצה.

"סוג היסוד, המצב הכימי ואפילו החתימות המגנטיות מקודדים באותו אות", מסביר חלה, "אז אם נוכל לתעד את חתימת רנטגן של אטום אחד, אפשר לחלץ את המידע הזה ישירות".

היכולת לחקור אטום בודד ותכונותיו הכימיות תאפשר תכנון של חומרים מתקדמים עם תכונות המותאמות ליישומים ספציפיים, מוסיף מנהיג שותף במחקר וולקר רוז. "בעבודתנו, בדקנו מולקולות המכילות טרביום, השייך למשפחת יסודות כדור הארץ הנדירים, המשמשים ביישומים כמו מנועים חשמליים בכלי רכב היברידיים וחשמליים, כונני דיסק קשיח, מגנטים בעלי ביצועים גבוהים, מחוללי טורבינות רוח, אלקטרוניקה להדפסה וזרזים. טכניקת SX-STM מספקת כעת דרך לחקור את האלמנטים הללו ללא צורך בניתוח כמויות גדולות של חומר."

טכניקה חדשה מייצרת תמונות רנטגן צבעוניות במהירות וביעילות

במחקר סביבתי, כעת ניתן יהיה להתחקות אחר חומרים אפשריים רעילים עד לרמות נמוכות ביותר, מוסיף חלה. "הדבר נכון גם למחקר רפואי שבו ביומולקולות האחראיות למחלות יכלו להתגלות בגבול האטומי", הוא אומר. עולם הפיזיקה.

הצוות אומר שהוא רוצה כעת לחקור את התכונות המגנטיות של אטומים בודדים עבור יישומים ספינטרוניים וקוונטיים. "זה ישפיע על תחומי מחקר מרובים, מזיכרון מגנטי המשמש בהתקני אחסון נתונים, חישה קוונטית ומחשוב קוונטי, אם רק נציין כמה", מסביר Hla.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. רכב / רכבים חשמליים, פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• BlockOffsets. מודרניזציה של בעלות על קיזוז סביבתי. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/synchrotron-x-rays-image-a-single-atom/