Die weltweit erste Röntgenaufnahme eines einzelnen Atoms

Die weltweit erste Röntgenaufnahme eines einzelnen Atoms

Der Gedanke an Röntgenaufnahmen weckt möglicherweise Erinnerungen an Knochenbrüche oder zahnärztliche Untersuchungen. Aber dieses hochaktive Licht kann uns mehr als nur unsere Knochen zeigen: Es wird auch verwendet, um die molekulare Welt und sogar biochemische Reaktionen in Echtzeit zu studieren. Ein Problem besteht jedoch darin, dass es Forschern noch nie gelungen ist, ein einzelnes Atom mithilfe von Röntgenstrahlen zu untersuchen. bis jetzt.

Wissenschaftler konnten mithilfe von Röntgenstrahlen ein einzelnes Atom charakterisieren. Sie konnten nicht nur die Art der Atome unterscheiden, die sie sahen (es gab zwei verschiedene Atome), sondern auch das chemische Verhalten dieser Atome untersuchen.

„Atome können routinemäßig mit Rastermikroskopen abgebildet werden, jedoch ohne jeweils eins, und wir können gleichzeitig ihren chemischen Zustand messen.“ Stellungnahme.

„Sobald wir dazu in der Lage sind, können wir Materialien bis zur endgültigen Grenze von nur einem Atom zurückverfolgen. Dies wird enorme Auswirkungen auf die Umwelt- und Medizinwissenschaft haben und vielleicht wird ein Heilmittel gefunden, das enorme Auswirkungen auf die Menschheit haben könnte.“ Diese Entdeckung wird die Welt verändern.

Rastertunnelmikroskopie supramolekularer Anordnungen von Terbiummolekülen, wobei sich das Terbiumatom im Zentrum jeder Struktur befindet.

Bildnachweis: Ajayi et al., Nature, 2023

Die Arbeit konnte ein Eisenatom und ein Terbiumatom aufspüren, ein Element, das zu den sogenannten Seltenerdmetallen gehört. Beide werden in ihre molekularen Wirte eingefügt. Der konventionelle Röntgendetektor wird durch einen zusätzlichen Spezialdetektor ergänzt. Letzterer verfügte über eine spezielle scharfe Metallspitze, die nahe an der Probe platziert werden musste, um die durch Röntgenstrahlen angeregten Elektronen aufzufangen. Durch die von der Gruppe gesammelten Messungen konnte das Team feststellen, ob es sich um Eisen oder Terbium handelte, und das ist noch nicht alles.

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„Wir haben auch die chemischen Zustände einzelner Atome entdeckt“, erklärte Hala. „Durch den Vergleich der chemischen Zustände des Eisenatoms und des Terbiumatoms in ihren molekularen Wirten stellen wir fest, dass das Terbiumatom, ein Seltenerdmetall, ziemlich isoliert ist und seinen chemischen Zustand nicht ändert, während das Eisenatom stark mit seinen Atomen interagiert . Der Ozean.“

Rubidiumatome

Bilder supramolekularer Anordnungen mit sechs Rubidiumatomen und einem Eisenatom.

Bildnachweis: Ajayi et al., Nature, 2023

Das vom Detektor erfasste Signal wurde mit einem Fingerabdruck verglichen. Es ermöglicht Forschern, die Zusammensetzung der Probe zu verstehen und ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften zu untersuchen. Dies kann für die Verbesserung der Leistung und Anwendung einer Vielzahl gängiger und ungewöhnlicher Materialien von entscheidender Bedeutung sein.

„Die in dieser Studie verwendete Technik und das Konzept haben neue Horizonte in der Röntgenwissenschaft und in nanoskaligen Studien eröffnet“, sagte Tolulope Michael Ajayi, der Erstautor des Artikels ist und diese Arbeit im Rahmen seiner Doktorarbeit durchführt. „Darüber hinaus könnte der Einsatz von Röntgenstrahlen zur Erkennung und Charakterisierung einzelner Atome die Forschung revolutionieren und neue Technologien in Bereichen wie Quanteninformation und Spurenelementerkennung in der Umwelt- und Medizinforschung hervorbringen, um nur einige zu nennen. Diese Errungenschaft öffnet auch den Weg für Neues.“ Wissenschaftliche Werkzeuge.“ Fortgeschrittene Materialien.

Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht Natur.

Eine frühere Version dieses Artikels wurde in veröffentlicht Mai 2023.

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