Synkrotronrøntgenbilder avbilder et enkelt atom – Physics World

Oppløsningen til synkrotron røntgenskanning tunnelmikroskopi har nådd enkeltatomgrensen for første gang, takket være nytt arbeid fra forskere ved Argonne National Laboratory i USA. Fremskrittet vil ha viktige implikasjoner innen mange områder av vitenskapen, inkludert medisinsk og miljøforskning.

"En av de viktigste bruksområdene for røntgenstråler er å karakterisere materialer," forklarer studieleder Så Wai Hla, Argonne-fysiker og professor ved Ohio University. "Siden oppdagelsen av Roentgen for 128 år siden, er dette første gang de kan brukes til å karakterisere prøver ved den ytterste grensen på bare ett atom."

Til nå var den minste prøvestørrelsen som kunne analyseres et attogram, som er rundt 10,000 XNUMX atomer. Dette er fordi røntgensignalet som produseres av et enkelt atom er ekstremt svakt og konvensjonelle detektorer ikke er følsomme nok til å oppdage det.

Spennende elektroner på kjernenivå

I sitt arbeid, som forskerne utdyper Natur, la de til en skarp metalltupp til en konvensjonell røntgendetektor for å oppdage røntgeneksiterte elektroner i prøver som inneholder jern- eller terbiumatomer. Spissen er plassert bare 1 nm over prøven, og elektronene som er opphisset er elektroner på kjernenivå - i hovedsak "fingeravtrykk" som er unike for hvert element. Denne teknikken er kjent som synkrotron røntgenskanning tunnelmikroskopi (SX-STM).

SX-STM kombinerer den ultrahøye romlige oppløsningen til skannetunnelmikroskopi med den kjemiske følsomheten gitt av røntgenbelysning. Når den skarpe spissen beveges over overflaten av en prøve, går elektroner i tunnel gjennom rommet mellom spissen og prøven, og skaper en strøm. Spissen oppdager denne strømmen og mikroskopet forvandler den til et bilde som gir informasjon om atomet under spissen.

"Den elementære typen, den kjemiske tilstanden og til og med magnetiske signaturer er kodet i det samme signalet," forklarer Hla, "så hvis vi kan registrere ett atoms røntgensignatur, er det mulig å trekke ut denne informasjonen direkte."

Å være i stand til å undersøke et individuelt atom og dets kjemiske egenskaper vil tillate design av avanserte materialer med egenskaper tilpasset spesifikke bruksområder, legger studielederen til. Volker Rose. "I arbeidet vårt så vi på molekyler som inneholder terbium, som tilhører familien av sjeldne jordartselementer, brukt i applikasjoner som elektriske motorer i hybrid- og elektriske kjøretøy, harddisker, høyytelsesmagneter, vindturbingeneratorer, utskrivbar elektronikk og katalysatorer. SX-STM-teknikken gir nå en mulighet til å utforske disse elementene uten å måtte analysere store mengder materiale."

Ny teknikk produserer røntgenbilder i farger raskt og effektivt

I miljøforskningen vil det nå være mulig å spore mulig giftige materialer ned til ekstremt lave nivåer, legger Hla til. "Det samme gjelder for medisinsk forskning der biomolekyler som er ansvarlige for sykdom kan oppdages ved atomgrensen," forteller han Fysikkens verden.

Teamet sier at de nå ønsker å utforske de magnetiske egenskapene til individuelle atomer for spintroniske og kvanteapplikasjoner. "Dette vil påvirke flere forskningsfelt, fra magnetisk minne brukt i datalagringsenheter, kvanteregistrering og kvantedatabehandling for å nevne noen få," forklarer Hla.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Bil / elbiler, Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• BlockOffsets. Modernisering av eierskap for miljøkompensasjon. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/synchrotron-x-rays-image-a-single-atom/