Pierwsze na świecie zdjęcie rentgenowskie pojedynczego atomu ujawnia chemię na najmniejszym poziomie: ScienceAlert

Atomy mogą nie mieć kości, ale nadal chcemy wiedzieć, jak są zbudowane. Te maleńkie cząsteczki są podstawą całej naturalnej materii (w tym naszych kości), a zrozumienie ich pomaga nam zrozumieć większy wszechświat.

Obecnie używamy wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego, aby pomóc nam zrozumieć atomy i cząsteczki oraz sposób ich ułożenia, ponieważ przechwytujemy ugięte wiązki, aby odtworzyć ich konfiguracje w postaci krystalicznej.

Teraz naukowcy wykorzystali promieniowanie rentgenowskie do scharakteryzowania właściwości pojedynczego atomu, wykazując, że technika ta może być wykorzystana do zrozumienia materii na najmniejszym poziomie jej elementów budulcowych.

„Tutaj,” Napisz międzynarodowy zespół Kierowani przez fizyka Tululopa Ajayi z Ohio University i Argonne National Laboratory w USA „pokazaliśmy, że promieniowanie rentgenowskie może być użyte do opisania stanów elementarnych i chemicznych tylko jednego atomu”.

Promienie rentgenowskie są odpowiednią sondą do charakteryzowania materiałów na poziomie atomowym, ponieważ ich rozkład długości fal jest porównywalny z rozmiarem atomu.

Istnieje wiele technik rzucania promieni rentgenowskich na rzeczy, aby zobaczyć, jak są one złożone w bardzo małej skali.

Jeden z tych Synchrotronowe promieniowanie rentgenowskiePromienie rentgenowskie są przyspieszane do wysokich energii, dzięki czemu świecą znacznie mocniej.

Aby spróbować rozwiązać naprawdę drobne skale, Ajayi i jego współpracownicy zastosowali technikę, która łączy synchrotronowe promieniowanie rentgenowskie z techniką mikroskopii obrazowej w skali atomowej, zwaną Skanowanie mikroskopu tunelującego. Wykorzystuje to doskonale przewodzącą sondę z tępą końcówką, która oddziałuje z elektronami badanego materiału w tak zwanym „tunelowaniu kwantowym”.

Przy bardzo bliskich cząstkach (takich jak pół nanometra) dokładna pozycja elektronu jest niepewna, co powoduje rozmazywanie się w przestrzeni między materiałem a sondą; Stan atomu można następnie zmierzyć w wynikowym prądzie.

Razem te dwie technologie są znane jako synchrotronowa rentgenowska skaningowa mikroskopia tunelowa (SX-STM). Powiększone promienie rentgenowskie wzbudzają próbkę, a podobny do igły detektor zbiera powstałe w ten sposób fotoelektrony. Jest to ekscytująca technologia, która otwiera niesamowite możliwości: w zeszłym roku zespół opublikował artykuł na temat wykorzystania SX-STM do Obróć jedną cząsteczkę.

Tym razem poszli jeszcze mniej, próbując zmierzyć właściwości pojedynczego atomu żelaza. Utworzony oddzielnie zespoły supramolekularne, w tym jony żelaza i terbu w pierścieniu atomów w tak zwanym wiązaniu. Jeden atom żelaza i sześć atomów rubidu były połączone wiązaniami terpirydynowymi. Terb, tlen i brom połączono za pomocą wiązań pirydyno-2,6-dikarboksyamidowych.

Próbki te następnie poddano SX-STM.

Światło odbierane przez detektor różni się od światła emitowanego przez próbkę. Niektóre długości fal są absorbowane przez elektrony w jądrze atomowym, co oznacza, że ​​na widmie odbieranych promieni rentgenowskich pojawiają się ciemniejsze linie.

Zespół odkrył, że te ciemne linie odpowiadają długościom fal, które absorbują odpowiednio żelazo i terb. Widma absorpcyjne można również analizować w celu określenia stanów chemicznych tych atomów.

W przypadku atomu żelaza wydarzyła się interesująca rzecz. Sygnał rentgenowski można wykryć tylko wtedy, gdy końcówka sondy znajduje się dokładnie nad atomem żelaza w jego strukturze supramolekularnej iw bardzo bliskiej odległości.

Naukowcy twierdzą, że potwierdza to wykrycie w systemie tuneli. Ponieważ tunelowanie jest zjawiskiem kwantowym, ma to implikacje dla badań mechaniki kwantowej.

„nasza sprawa,” piszą badacze„łączy synchrotronowe promieniowanie rentgenowskie z procesem tunelowania kwantowego i otwiera przyszłe eksperymenty rentgenowskie w celu jednoczesnego charakteryzowania elementarnych i chemicznych właściwości materiałów na ostatecznej granicy pojedynczego atomu”.

Może to jest co najmniej tak dobre jak kości.

Badania opublikowane w Natura.