Synkrotronröntgen avbildar en enda atom – Physics World

Upplösningen av synkrotronröntgen scanning tunnelmikroskopi har nått enatomgränsen för första gången, tack vare nytt arbete av forskare vid Argonne National Laboratory i USA. Framstegen kommer att få viktiga konsekvenser inom många vetenskapsområden, inklusive medicinsk och miljöforskning.

"En av de viktigaste tillämpningarna av röntgenstrålning är att karakterisera material", förklarar studiens medledare Såg Wai Hla, Argonne-fysiker och professor vid Ohio University. "Sedan upptäckten av Roentgen för 128 år sedan är detta första gången som de kan användas för att karakterisera prover vid den yttersta gränsen av bara en atom."

Hittills var den minsta provstorleken som kunde analyseras ett attogram, som är runt 10,000 XNUMX atomer. Detta beror på att röntgensignalen som produceras av en enda atom är extremt svag och konventionella detektorer är inte tillräckligt känsliga för att upptäcka den.

Spännande elektroner på kärnnivå

I sitt arbete, som forskarna detaljerar i Natur, lade de till en vass metallisk spets till en konventionell röntgendetektor för att upptäcka röntgenexciterade elektroner i prover innehållande järn- eller terbiumatomer. Spetsen placeras bara 1 nm ovanför provet och elektronerna som exciteras är elektroner på kärnnivå - i huvudsak "fingeravtryck" som är unika för varje element. Denna teknik är känd som synkrotronröntgenskanningstunnelmikroskopi (SX-STM).

SX-STM kombinerar den ultrahöga spatiala upplösningen hos skanningstunnelmikroskopi med den kemiska känsligheten som tillhandahålls av röntgenbelysning. När den skarpa spetsen flyttas över ytan av ett prov, tunnelerar elektroner genom utrymmet mellan spetsen och provet, vilket skapar en ström. Spetsen upptäcker denna ström och mikroskopet omvandlar den till en bild som ger information om atomen under spetsen.

"Den elementära typen, det kemiska tillståndet och till och med magnetiska signaturer är kodade i samma signal", förklarar Hla, "så om vi kan spela in en atoms röntgensignatur är det möjligt att extrahera denna information direkt."

Att kunna undersöka en enskild atom och dess kemiska egenskaper kommer att möjliggöra design av avancerade material med egenskaper anpassade till specifika applikationer, tillägger studiens medledare Volker Rose. "I vårt arbete tittade vi på molekyler som innehåller terbium, som tillhör familjen av sällsynta jordartsmetaller, som används i applikationer som elmotorer i hybrid- och elfordon, hårddiskar, högpresterande magneter, vindkraftsgeneratorer, utskrivbar elektronik och katalysatorer. SX-STM-tekniken ger nu en möjlighet att utforska dessa element utan att behöva analysera stora mängder material."

Ny teknik producerar färgröntgenbilder snabbt och effektivt

Inom miljöforskningen kommer man nu att kunna spåra eventuellt giftiga material ner till extremt låga nivåer, tillägger Hla. "Detsamma gäller för medicinsk forskning där biomolekyler som är ansvariga för sjukdomar kunde detekteras vid atomgränsen," säger han Fysikvärlden.

Teamet säger att de nu vill utforska de magnetiska egenskaperna hos enskilda atomer för spintroniska och kvanttillämpningar. "Detta kommer att påverka flera forskningsområden, från magnetiskt minne som används i datalagringsenheter, kvantavkänning och kvantberäkning för att bara nämna några," förklarar Hla.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Fordon / elbilar, Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• BlockOffsets. Modernisera miljökompensation ägande. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/synchrotron-x-rays-image-a-single-atom/