Razele X sincrotronului imaginează un singur atom – Physics World

Razele X sincrotronului imaginează un singur atom – Physics World

Marca temporală: 3 iulie 2023, ora 5:00

atunci când razele X luminează un atom (bilă roșie în centrul moleculei), electronii la nivelul miezului sunt excitați. Electronii excitați cu raze X apoi tunel până la vârful detectorului prin orbitali atomici/moleculari suprapusi, care oferă informații elementare și chimice despre atom
Mecanism cu raze X cu un singur atom Când razele X iluminează un atom (bilul roșu în centrul moleculei), electronii de la nivelul miezului sunt excitați. Electronii excitați cu raze X apoi tunel până la vârful detectorului prin orbitali atomici/moleculari suprapusi, care oferă informații elementare și chimice despre atom. (Cu amabilitatea: Saw-Wai Hla)

Rezoluția microscopiei tunelare cu scanare cu raze X sincrotron a atins pentru prima dată limita unui singur atom, datorită noilor lucrări ale cercetătorilor de la Argonne National Laboratory in Statele Unite ale Americii. Progresul va avea implicații importante în multe domenii ale științei, inclusiv în cercetarea medicală și de mediu.

„Una dintre cele mai importante aplicații ale razelor X este caracterizarea materialelor”, explică co-liderul studiului L-am văzut pe Wai Hla, Argonne fizician și profesor la Ohio State University. „De la descoperirea sa, acum 128 de ani, de către Roentgen, aceasta este prima dată când pot fi folosite pentru a caracteriza probe la limita finală a unui singur atom.”

Până acum, cea mai mică dimensiune a eșantionului care putea fi analizată a fost o attogramă, care este în jur de 10,000 de atomi. Acest lucru se datorează faptului că semnalul de raze X produs de un singur atom este extrem de slab și detectoarele convenționale nu sunt suficient de sensibile pentru a-l detecta.

Electroni emoționanți la nivel de miez

În munca lor, pe care cercetătorii o detaliază Natură, ei au adăugat un vârf metalic ascuțit la un detector de raze X convențional pentru a detecta electronii excitați de raze X în probele care conțin atomi de fier sau terbiu. Vârful este plasat la doar 1 nm deasupra eșantionului, iar electronii care sunt excitați sunt electroni la nivel de miez - în esență „amprente digitale” unice pentru fiecare element. Această tehnică este cunoscută sub denumirea de microscopie de tunel cu scanare cu raze X sincrotron (SX-STM).

Saw Wai Hla și Tolulope M. Ajayi,
În laborator: Saw Wai Hla (dreapta) și studiază primul autor Tolulope M. Ajayi. (Cu amabilitatea: Argonne National Laboratory)

SX-STM combină rezoluția spațială ultraînaltă a microscopiei de scanare tunel cu sensibilitatea chimică oferită de iluminarea cu raze X. Pe măsură ce vârful ascuțit este deplasat pe suprafața unei probe, electronii fac un tunnel prin spațiul dintre vârf și probă, creând un curent. Vârful detectează acest curent și microscopul îl transformă într-o imagine care oferă informații despre atomul de sub vârf.

„Tipul elementar, starea chimică și chiar semnăturile magnetice sunt codificate în același semnal”, explică Hla, „deci dacă putem înregistra semnătura cu raze X a unui atom, este posibil să extragem aceste informații direct.”

Capacitatea de a investiga un atom individual și proprietățile sale chimice va permite proiectarea de materiale avansate cu proprietăți adaptate la aplicații specifice, adaugă co-liderul studiului. Volker Rose. „În munca noastră, ne-am uitat la molecule care conțin terbiu, care aparține familiei de elemente din pământuri rare, utilizate în aplicații precum motoare electrice în vehicule hibride și electrice, unități de hard disk, magneți de înaltă performanță, generatoare de turbine eoliene, electronice imprimabile. si catalizatori. Tehnica SX-STM oferă acum o cale de a explora aceste elemente fără a fi nevoie să analizăm cantități mari de material.”

În cercetarea de mediu, acum va fi posibilă urmărirea materialelor posibil toxice până la niveluri extrem de scăzute, adaugă Hla. „Același lucru este valabil și pentru cercetarea medicală în care biomoleculele responsabile de boli ar putea fi detectate la limita atomică”, spune el. Lumea fizicii.

Echipa spune că acum vrea să exploreze proprietățile magnetice ale atomilor individuali pentru aplicații spintronice și cuantice. „Acest lucru va afecta mai multe domenii de cercetare, de la memoria magnetică utilizată în dispozitivele de stocare a datelor, detecția cuantică și calculul cuantic, pentru a numi doar câteva”, explică Hla.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Lumea fizicii