Synchrotron-röntgenstralen brengen een enkel atoom in beeld - Physics World

De resolutie van synchrotron-röntgenscanning-tunnelingmicroscopie heeft voor het eerst de limiet van één atoom bereikt, dankzij nieuw werk van onderzoekers van Nationaal laboratorium van Argonne in de VS. De vooruitgang zal belangrijke implicaties hebben op veel wetenschapsgebieden, waaronder medisch en milieuonderzoek.

“Een van de belangrijkste toepassingen van röntgenstraling is het karakteriseren van materialen”, legt co-leider van het onderzoek uit Wai Hla gezien, Argonne natuurkundige en professor aan Ohio University. “Sinds de ontdekking 128 jaar geleden door Roentgen, is dit de eerste keer dat ze kunnen worden gebruikt om monsters te karakteriseren met de uiterste limiet van slechts één atoom.”

Tot nu toe was de kleinste steekproefomvang die kon worden geanalyseerd een attogram, dat bestaat uit ongeveer 10,000 atomen. Dit komt omdat het röntgensignaal dat door een enkel atoom wordt geproduceerd extreem zwak is en conventionele detectoren niet gevoelig genoeg zijn om het te detecteren.

Spannende elektronen op kernniveau

In hun werk, waarin de onderzoekers gedetailleerd ingaan NATUURvoegden ze een scherpe metalen punt toe aan een conventionele röntgendetector om door röntgenstraling opgewekte elektronen te detecteren in monsters die ijzer- of terbiumatomen bevatten. De punt wordt slechts 1 nm boven het monster geplaatst en de elektronen die worden geëxciteerd zijn elektronen op kernniveau – in wezen ‘vingerafdrukken’ die uniek zijn voor elk element. Deze techniek staat bekend als synchrotron X-ray scanning tunneling microscopie (SX-STM).

SX-STM combineert de ultrahoge ruimtelijke resolutie van scanning tunneling microscopie met de chemische gevoeligheid van röntgenverlichting. Terwijl de scherpe punt over het oppervlak van een monster wordt bewogen, tunnelen elektronen door de ruimte tussen de punt en het monster, waardoor een stroom ontstaat. De punt detecteert deze stroom en de microscoop zet deze om in een beeld dat informatie geeft over het atoom onder de punt.

‘Het elementtype, de chemische toestand en zelfs de magnetische signatuur zijn in hetzelfde signaal gecodeerd’, legt Hla uit, ‘dus als we de röntgensignatuur van één atoom kunnen vastleggen, is het mogelijk deze informatie direct te extraheren.’

Door een individueel atoom en zijn chemische eigenschappen te kunnen onderzoeken, kunnen geavanceerde materialen worden ontworpen met eigenschappen die zijn afgestemd op specifieke toepassingen, zegt co-leider van het onderzoek Volker Roos. “In ons werk hebben we gekeken naar moleculen die terbium bevatten, dat behoort tot de familie van zeldzame aardmetalen, die worden gebruikt in toepassingen zoals elektromotoren in hybride en elektrische voertuigen, harde schijven, krachtige magneten, windturbinegeneratoren en printbare elektronica. en katalysatoren. De SX-STM-techniek biedt nu een mogelijkheid om deze elementen te onderzoeken zonder de noodzaak om grote hoeveelheden materiaal te analyseren.”

Nieuwe techniek produceert snel en efficiënt kleurenröntgenbeelden

Bij milieuonderzoek zal het nu mogelijk zijn om mogelijk toxische materialen tot op extreem lage niveaus te traceren, aldus Hla. “Hetzelfde geldt voor medisch onderzoek waarbij biomoleculen die verantwoordelijk zijn voor ziekten kunnen worden gedetecteerd op de atoomgrens”, vertelt hij Natuurkunde wereld.

Het team zegt dat het nu de magnetische eigenschappen van individuele atomen wil onderzoeken voor spintronische en kwantumtoepassingen. “Dit zal gevolgen hebben voor meerdere onderzoeksgebieden, van magnetisch geheugen dat wordt gebruikt in apparaten voor gegevensopslag, kwantumdetectie en kwantumcomputers om er maar een paar te noemen”, legt Hla uit.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. Automotive / EV's, carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• BlockOffsets. Eigendom voor milieucompensatie moderniseren. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/synchrotron-x-rays-image-a-single-atom/