Hình ảnh tia X synchrotron của một nguyên tử – Physics World

Độ phân giải của kính hiển vi quét đường hầm tia X synchrotron lần đầu tiên đã đạt đến giới hạn một nguyên tử nhờ công trình mới của các nhà nghiên cứu tại Argonne National Laboratory tại Hoa Kỳ. Sự tiến bộ này sẽ có ý nghĩa quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học, bao gồm cả nghiên cứu y tế và môi trường.

Đồng trưởng nhóm nghiên cứu giải thích: “Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của tia X là xác định đặc tính của vật liệu”. Saw Wai Hla, nhà vật lý Argonne và giáo sư tại Đại học Ohio. “Kể từ khi được Roentgen phát hiện cách đây 128 năm, đây là lần đầu tiên chúng có thể được sử dụng để mô tả các mẫu ở giới hạn cuối cùng chỉ là một nguyên tử.”

Cho đến nay, cỡ mẫu nhỏ nhất có thể được phân tích là attogram, khoảng 10,000 nguyên tử. Điều này là do tín hiệu tia X do một nguyên tử đơn lẻ tạo ra cực kỳ yếu và các máy dò thông thường không đủ nhạy để phát hiện ra nó.

Các electron cấp độ lõi thú vị

Trong công việc của họ, mà các nhà nghiên cứu trình bày chi tiết Thiên nhiên, họ đã bổ sung một đầu kim loại sắc nhọn vào máy dò tia X thông thường để phát hiện các electron bị kích thích bằng tia X trong các mẫu chứa nguyên tử sắt hoặc terbium. Đầu nhọn được đặt phía trên mẫu chỉ 1 nm và các electron bị kích thích là các electron cấp lõi – về cơ bản là “dấu vân tay” duy nhất cho mỗi nguyên tố. Kỹ thuật này được gọi là kính hiển vi quét đường hầm tia X synchrotron (SX-STM).

SX-STM kết hợp độ phân giải không gian cực cao của kính hiển vi quét đường hầm với độ nhạy hóa học do chiếu sáng tia X mang lại. Khi đầu nhọn di chuyển trên bề mặt mẫu, các electron xuyên qua khoảng trống giữa đầu nhọn và mẫu, tạo ra dòng điện. Đầu dò phát hiện dòng điện này và kính hiển vi biến nó thành hình ảnh cung cấp thông tin về nguyên tử dưới đầu nhọn.

Hla giải thích: “Loại nguyên tố, trạng thái hóa học và thậm chí cả dấu hiệu từ tính đều được mã hóa trong cùng một tín hiệu, vì vậy nếu chúng ta có thể ghi lại dấu hiệu tia X của một nguyên tử thì có thể trích xuất thông tin này một cách trực tiếp”.

Đồng trưởng nhóm nghiên cứu cho biết thêm, khả năng nghiên cứu từng nguyên tử riêng lẻ và các tính chất hóa học của nó sẽ cho phép thiết kế các vật liệu tiên tiến với các đặc tính được điều chỉnh cho các ứng dụng cụ thể. Volker hoa hồng. “Trong nghiên cứu của mình, chúng tôi đã xem xét các phân tử chứa terbium, thuộc họ nguyên tố đất hiếm, được sử dụng trong các ứng dụng như động cơ điện trong xe hybrid và xe điện, ổ đĩa cứng, nam châm hiệu suất cao, máy phát điện tua bin gió, thiết bị điện tử có thể in được. và chất xúc tác. Kỹ thuật SX-STM hiện cung cấp một con đường để khám phá những yếu tố này mà không cần phải phân tích lượng lớn vật liệu.”

Kỹ thuật mới tạo ra hình ảnh X-quang màu nhanh chóng và hiệu quả

Hla cho biết thêm, trong nghiên cứu môi trường, giờ đây có thể truy tìm các vật liệu có thể độc hại ở mức cực thấp. Ông nói: “Điều tương tự cũng đúng đối với nghiên cứu y học, nơi các phân tử sinh học gây bệnh có thể được phát hiện ở giới hạn nguyên tử”. Thế giới vật lý.

Đội nghiên cứu cho biết hiện họ muốn khám phá các tính chất từ ​​tính của từng nguyên tử cho các ứng dụng điện tử spin và lượng tử. Hla giải thích: “Điều này sẽ tác động đến nhiều lĩnh vực nghiên cứu, từ bộ nhớ từ tính được sử dụng trong các thiết bị lưu trữ dữ liệu, cảm biến lượng tử và điện toán lượng tử cho đến một số lĩnh vực khác”.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Ô tô / Xe điện, Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• BlockOffsets. Hiện đại hóa quyền sở hữu bù đắp môi trường. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/synchrotron-x-rays-image-a-single-atom/