シンクロトロン X 線が単一原子を画像化 – Physics World

シンクロトロンX線走査型トンネル顕微鏡の分解能は、米国の研究者らによる新たな研究のおかげで、初めて単一原子の限界に達した。 アルゴンヌ国立研究所 アメリカ合衆国で。 この進歩は、医療や環境研究を含む科学の多くの分野に重要な影響を与えるだろう。

「X線の最も重要な用途のXNUMXつは、材料の特性を評価することです」と研究共同リーダーは説明する ソー・ワイ・フラ, アルゴンヌの物理学者および教授。 オハイオ大学。 「128年前にレントゲンによって発見されて以来、たったXNUMXつの原子という究極の限界でサンプルの特性を評価するためにそれらを使用できるのは今回が初めてです。」

これまで、分析できる最小のサンプル サイズはアトグラムで、これは約 10,000 原子でした。 これは、単一の原子によって生成される X 線信号が非常に弱く、従来の検出器では検出できるほど感度が低いためです。

励起コアレベル電子

研究者らの研究の詳細については、 自然彼らは、鉄またはテルビウム原子を含むサンプル内のX線励起電子を検出するために、従来のX線検出器に鋭い金属チップを追加しました。 チップはサンプルのわずか 1 nm 上に配置され、励起される電子はコアレベルの電子、つまり各元素に固有の本質的な「指紋」です。 この技術は、シンクロトロン X 線走査トンネル顕微鏡 (SX-STM) として知られています。

SX-STM は、走査トンネル顕微鏡の超高空間分解能と X 線照明によってもたらされる化学感度を組み合わせています。 鋭い先端がサンプルの表面を横切って移動すると、電子が先端とサンプルの間の空間をトンネルして電流が発生します。 チップはこの電流を検出し、顕微鏡はそれを画像に変換して、チップの下の原子に関する情報を提供します。

「元素の種類、化学状態、さらには磁気の特徴さえも同じ信号にエンコードされています」と Hla 氏は説明します。「したがって、XNUMX つの原子の X 線の特徴を記録できれば、この情報を直接抽出することが可能です。」

個々の原子とその化学的特性を調査できるようになると、特定の用途に合わせて特性を調整した先端材料の設計が可能になると研究共同リーダーは付け加えた フォルカー・ローズ。 「私たちの研究では、ハイブリッド車や電気自動車の電気モーター、ハードディスクドライブ、高性能磁石、風力発電機、プリンタブルエレクトロニクスなどの用途に使用される希土類元素の一種であるテルビウムを含む分子に注目しました。そして触媒。 SX-STM 技術は、大量の材料を分析する必要なく、これらの要素を調査する手段を提供します。」

新しい技術はカラー X 線画像を迅速かつ効率的に作成します

環境研究においては、有毒物質の可能性を極度に低いレベルまで追跡することが可能になるだろうと、Hla氏は付け加えた。 「同様のことが医学研究にも当てはまり、病気の原因となる生体分子が原子限界で検出される可能性があります」と彼は言う。 物理学の世界.

研究チームは現在、スピントロニクスおよび量子応用のために個々の原子の磁気特性を調査したいと述べている。 「これは、データストレージデバイスで使用される磁気メモリ、量子センシング、量子コンピューティングなど、いくつかの研究分野に影響を与えるでしょう」と Hla 氏は説明します。

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/synchrotron-x-rays-image-a-single-atom/