Впервые ученые подвергли рентгеновскому исследованию один атом

Исследователи впервые смогли провести рентгеновскую спектроскопию и определить элемент в одном атоме за один раз. Это стало возможным благодаря усовершенствованию источников синхротронного рентгеновского излучения, изобретённого в середине XX века.

Усовершенствования позволили увеличить разрешение рентгеновских лучей и уменьшить размер образца для определения его материала. Ранее для этого требовалось не менее 10 000 атомов, потому что сигнал от одного атома слишком мал для обнаружения с помощью рентгеновских лучей.

Эта работа сочетает синхротронное рентгеновское излучение с квантовым туннелированием. Это позволяет исследователям одновременно определять элемент атома и его химическое состояние. Учёные получают новые возможности для изучения материалов, что может быть полезно в различных областях: от изучения окружающей среды до медицины и квантовой информатики.

С 1895 года рентгеновские лучи стали важным инструментом в науке. Учёные давно пытаются уменьшить количество атомов, необходимое для получения рентгеновских характеристик. В этом исследовании учёные показали, что рентгеновские лучи можно использовать для определения состояния одного атома. Исследование провели на линии XTIP в Advanced Photon Source и Центре наноразмерных материалов в Аргонне.

Используя специализированный наконечник, метод обнаружил рентгеновские токи, которые генерируются атомами железа и тербия. Эти атомы координированы с органическими лигандами. Рентгеновские спектры поглощения чётко указали на отпечатки пальцев атомов железа и тербия. Исследователи охарактеризовали химические состояния этих атомов по сигналам рентгеновского поглощения вблизи краёв. Для атома железа в этом процессе доминирует рентгеновское резонансное туннелирование (X-ERT).

Рентгеновский сигнал можно почувствовать, только если наконечник расположен прямо над атомом. Это подтверждает возможность детектирования в режиме туннелирования.

Исследование связывает синхротронное рентгеновское излучение с квантовым туннелированием и открывает новые возможности для экспериментов. С помощью рентгеновских лучей можно будет одновременно определять характеристики элементов и химические свойства в одноатомном пределе.

31.08.2024