Синхротронные рентгеновские лучи показывают один атом

Разрешение синхротронной рентгеновской сканирующей туннельной микроскопии впервые достигло предела в один атом благодаря новой работе исследователей из Национальная лаборатория Аргон в США. Прогресс будет иметь важные последствия во многих областях науки, включая медицинские и экологические исследования.

«Одним из наиболее важных применений рентгеновских лучей является характеристика материалов», — объясняет соруководитель исследования. Со Вай Хла, аргоннский физик и профессор Университет Огайо. «С момента его открытия 128 лет назад Рентгеном, это первый случай, когда их можно использовать для характеристики образцов на предельном пределе всего в один атом».

До сих пор наименьший размер выборки, которую можно было проанализировать, составлял аттограмму, составляющую около 10,000 XNUMX атомов. Это связано с тем, что рентгеновский сигнал, создаваемый одним атомом, чрезвычайно слаб, а обычные детекторы недостаточно чувствительны, чтобы его обнаружить.

Возбуждающие электроны основного уровня

В своей работе, подробно описанной исследователями в природаОни добавили острый металлический наконечник к обычному рентгеновскому детектору для обнаружения возбужденных рентгеновским излучением электронов в образцах, содержащих атомы железа или тербия. Наконечник размещается всего на 1 нм над образцом, а возбуждаемые электроны являются электронами основного уровня — по сути, «отпечатками пальцев», уникальными для каждого элемента. Этот метод известен как синхротронная рентгеновская сканирующая туннельная микроскопия (SX-STM).

SX-STM сочетает в себе сверхвысокое пространственное разрешение сканирующей туннельной микроскопии с химической чувствительностью, обеспечиваемой рентгеновским освещением. Когда острый наконечник перемещается по поверхности образца, электроны туннелируют через пространство между наконечником и образцом, создавая ток. Игла улавливает этот ток, и микроскоп преобразует его в изображение, которое дает информацию об атоме под иглой.

«Тип элемента, химическое состояние и даже магнитные характеристики кодируются в одном и том же сигнале, — объясняет Хла, — поэтому, если мы сможем записать рентгеновскую характеристику одного атома, можно будет извлечь эту информацию напрямую».

Возможность исследовать отдельный атом и его химические свойства позволит разработать передовые материалы со свойствами, настроенными для конкретных приложений, добавляет соруководитель исследования. Волкер Роуз. «В нашей работе мы рассмотрели молекулы, содержащие тербий, принадлежащий к семейству редкоземельных элементов, используемых в таких приложениях, как электродвигатели в гибридных и электрических транспортных средствах, жесткие диски, высокопроизводительные магниты, генераторы ветряных турбин, печатная электроника. и катализаторы. Техника SX-STM теперь дает возможность исследовать эти элементы без необходимости анализа большого количества материала».

Новая технология позволяет быстро и эффективно получать цветные рентгеновские изображения.

В исследованиях окружающей среды теперь можно будет отслеживать потенциально токсичные материалы вплоть до крайне низких уровней, добавляет Хла. «То же самое верно и для медицинских исследований, где биомолекулы, ответственные за болезнь, могут быть обнаружены на атомном пределе», — говорит он. Мир физики.

Команда заявляет, что теперь хочет изучить магнитные свойства отдельных атомов для спинтронных и квантовых приложений. «Это повлияет на многие области исследований, от магнитной памяти, используемой в устройствах хранения данных, до квантового зондирования и квантовых вычислений, и это лишь некоторые из них», — объясняет Хла.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Автомобили / электромобили, Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• Смещения блоков. Модернизация права собственности на экологические компенсации. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/synchrotron-x-rays-image-a-single-atom/