Pierwszy „rentgen” pojedynczego atomu

Badanie struktury pojedynczego atomu za pomocą promieniowania rentgenowskiego jest przełomowym osiągnięciem, które otwiera nowe możliwości dla nauki. Zespół naukowców pod kierownictwem prof. Sawa Wai Hla z Ohio University, Argonne National Laboratory, University of Illinois-Chicago i innych jednostek badawczych poinformował, że po raz pierwszy w historii udało się dzięki promieniowaniu rentgenowskiemu zbadać pojedynczy atom i jego stan chemiczny.

Zdjęcie autorstwa Steve Johnson z Pexels

Po raz pierwszy w historii udało się dzięki promieniowaniu rentgenowskiemu zbadać pojedynczy atom i jego stan chemiczny.

Tradycyjne detektory rentgenowskie nie były w stanie wykrywać sygnału rentgenowskiego generowanego przez pojedynczy atom, ponieważ jest on bardzo słaby. Jednak zespół badawczy wykorzystał specjalnie skonstruowany instrument rentgenowski oparty na technologii synchrotronowej do badania atomów żelaza i terbu umieszczonych w odpowiednich cząsteczkach macierzystych.

Technika, znana jako synchrotronowa rentgenowska skaningowa mikroskopia tunelowa lub SX-STM, polega na zbieraniu elektronów wzbudzonych przez promieniowanie rentgenowskie przy użyciu metalowej końcówki z ostrym zakończeniem. Dzięki temu naukowcy mogli bezpośrednio identyfikować pierwiastki w próbce na podstawie fotoabsorpcji elektronów, co daje im informacje o stanie chemicznym atomów.

Badacze odkryli również, że atom terbu, który jest metalem ziem rzadkich, jest raczej odizolowany i nie zmienia swojego stanu chemicznego, podczas gdy atom żelaza silnie oddziałuje z otoczeniem. Ta metoda pozwala naukowcom nie tylko identyfikować rodzaj pierwiastka, ale również analizować jego stan chemiczny, co otwiera nowe możliwości manipulacji atomami wewnątrz różnych materiałów.

Atomy można rutynowo obrazować za pomocą mikroskopów z sondami skanującymi (SPM), ale bez promieni rentgenowskich nie można stwierdzić, co to za atomy. Teraz możemy dokładnie wykrywać określony typ atomu, po jednym atomie na raz i jednocześnie oznaczać jego stan chemiczny. Kiedy będziemy w stanie to zrobić, będziemy mogli badać materiały aż do ostatecznej granicy zaledwie jednego atomu. Wywrze to wielki wpływ na naukę o środowisku i medycynę, może nawet pozwoli znaleźć lekarstwo, które będzie miało ogromny wpływ na ludzkość. To odkrycie zmieni świat.

– wyjaśnił prof. Saw Wai Hla z Ohio University.

Oprócz identyfikacji pojedynczego atomu, opracowano również technikę "X-ray excited resonance tunneling" (X-ERT), która wykorzystuje synchrotronowe promieniowanie rentgenowskie do wykrywania orientacji orbitali pojedynczych cząsteczek na powierzchni materiału. To odkrycie pozwala na badanie właściwości kwantowych i magnetycznych pojedynczych atomów przy użyciu synchrotronowego promieniowania rentgenowskiego.

To przełomowe odkrycie ma ogromny potencjał w dziedzinach nauki, środowiska i medycyny. Badanie struktury pojedynczych atomów może pomóc w opracowaniu nowych leków i materiałów, które mogą mieć ogromny wpływ na ludzkość.

To osiągnięcie łączy synchrotronowe promieniowanie rentgenowskie z procesem tunelowania kwantowego w celu wykrycia sygnatury rentgenowskiej pojedynczego atomu i otwiera wiele ekscytujących kierunków badań, w tym badania właściwości kwantowych i spinowych (magnetycznych) tylko jednego atomu przy użyciu synchrotronowego promieniowania rentgenowskiego.

– zaznaczył prof. Hla.