Ученым удалось получить рентгеновский снимок одиночного атома

Эти микроскопические невидимые частицы составляют фундаментальные строительные блоки всей нормальной материи, в том числе наши кости, и их понимание помогает нам понять космос в более широком масштабе.

Сегодня исследователи полагаются на высокоэнергетическое рентгеновское излучение для изучения расположения атомов и молекул путем захвата дифрагированных лучей для воссоздания их кристаллических конфигураций. Ученые применили рентгеновские лучи для изучения свойств некоторых атомов, продемонстрировав, что такой метод можно использовать для понимания материи на ее самом базовом уровне.

Tolulope Ajayi , физик из Университета Огайо и команда исследователей из Аргоннской национальной лаборатории (Соединенные Штаты), сообщил, что ученые обнаружили, что рентгеновские лучи можно применять для характеристики элементного и химического состояния отдельного атома. Рентгеновские лучи идеально подходят для анализа материала на атомном уровне, потому что их распределение длин волн близко к размеру атома.

Есть несколько подходов к использованию рентгеновских лучей для наблюдения за мелкомасштабными структурами. Синхротронные рентгеновские лучи, например, влекут за собой ускорение электронов по круговой траектории до тех пор, пока они не начнут ярко светиться высокоэнергетическим светом.

Пытаясь исследовать чрезвычайно мелкие объекты, Ajayi и его команда применили комбинацию синхротронного рентгеновского излучения и сканирующей туннельной микроскопии — метод получения изображений атомарного масштаба. Этот метод включает использование проводящего зонда с острым концом, который взаимодействует с электронами изучаемого материала посредством «квантового туннелирования». На сверхмалых расстояниях (таких как половина нанометра) точное местоположение электрона становится неопределенным, распространяясь в пространстве между материалом и зондом. Таким образом, измерение состояния атома может быть достигнуто путем оценки результирующего тока. Комбинация этих двух методов называется синхротронной рентгеновской сканирующей туннельной микроскопией.

Интенсивное рентгеновское излучение стимулирует образец, в то время как игольчатые детекторы концентрируют фотоэлектроны, образующиеся в ответ. Потенциальные применения этого подхода впечатляют: в прошлом году команда Ajayi опубликовала данные о вращении отдельных молекул с помощью SX-STM.

В своем последнем эксперименте команда стремилась измерить свойства одного атома железа в еще меньшем масштабе. Они построили надмолекулярные сборки, состоящие из ионов железа и тербия, заключенных в кольцо атомов, называемых лигандами. Одна сборка включала один атом железа и шесть атомов рубидия, связанных терпиридиновыми лигандами; другой содержал тербий, кислород и бром, связанные пиридин-2,6-дикарбоксамидными лигандами. Впоследствии образцы подверглись анализу SX-STM. Обнаруженный свет не идентичен свету, направленному на образец, некоторые длины волн поглощаются электронами внутри ядра атома, что приводит к появлению более темных линий в полученном рентгеновском спектре.

Команда обнаружила, что эти темные линии отвечают длинам волн, поглощаемым железом и тербием. Анализ спектров поглощения позволил им определить химические состояния этих атомов.

Интересное наблюдение было сделано относительно атома железа. Только когда кончик зонда располагался непосредственно над ним в его супрамолекулярных конфигурациях и на очень близком расстоянии, можно было обнаружить рентгеновский сигнал. Это указывает на обнаружение в туннельном режиме, что имеет квантово-механические последствия, пишет sciencealert.

По словам ученых, исследование связывает синхротронное рентгеновское излучение с процессом квантового туннелирования, прокладывая путь для последующих экспериментов с использованием рентгеновского излучения для одновременной характеристики как элементных, так и химических свойств материалов в масштабе одного атома.

Спасибо, что читаете «Капитал страны»! Получайте первыми самые важные новости в нашем Telegram-канале или Вступайте в группу в «ВКонтакте» или в «Одноклассниках»