Ученые сообщили о первом в мире X

Группа ученых из Университета Огайо, Аргоннской национальной лаборатории, Университета Иллинойса-Чикаго и других под руководством профессора физики Университета Огайо и ученого Аргоннской национальной лаборатории Со Вай Хла получила первый в мире рентгеновский СИГНАЛ. или ПОДПИСЬ) всего одного атома. Это революционное достижение было профинансировано Управлением фундаментальных энергетических наук Министерства энергетики США и может произвести революцию в способах обнаружения материалов учеными.

С момента открытия Рентгеном в 1895 году рентгеновские лучи использовались повсюду: от медицинских осмотров до досмотра в аэропортах. Даже марсоход НАСА «Кьюриосити» оснащен рентгеновским устройством для изучения материального состава марсианских пород. Важным применением рентгеновских лучей в науке является определение типа материалов в образце. За прошедшие годы количество материалов в образце, необходимое для обнаружения рентгеновского излучения, значительно сократилось благодаря разработке источников синхротронного рентгеновского излучения и новых приборов. На сегодняшний день наименьшее количество, которое можно просканировать рентгеновским методом, составляет аттограмм, то есть около 10 000 атомов или более. Это связано с тем, что рентгеновский сигнал, создаваемый атомом, чрезвычайно слаб, поэтому обычные детекторы рентгеновского излучения не могут быть использованы для его обнаружения. По словам Хла, это давняя мечта учёных — просвечивать хотя бы один атом рентгеном, которую сейчас реализует возглавляемая им исследовательская группа.

«Атомы можно регулярно получать изображения с помощью сканирующего зондового микроскопа, но без рентгеновских лучей невозможно сказать, из чего они состоят. Теперь мы можем точно определить тип конкретного атома, по одному атому за раз, и можем одновременно измерять его химическое состояние», — объяснил Хла, который также является директором Института наномасштабных и квантовых явлений в Университете Огайо. «Как только мы сможем это сделать, мы сможем отслеживать материалы до конечного предела всего в один атом. Это окажет большое влияние на экологические и медицинские науки и, возможно, даже найдет лекарство, которое может оказать огромное влияние на человечество. открытие изменит мир».

Их статья, опубликованная в научном журнале Nature (DOI 10.1038/s41586-023-06011-w) 31 мая 2023 г. и украсившая обложку печатной версии научного журнала от 1 июня 2023 г., подробно описывает, как Hla и несколько другие физики и химики, в том числе к.т.н. Студенты из Огайо использовали специально созданный синхротронный рентгеновский прибор на лучевой линии XTIP Advanced Photon Source и Центра наноразмерных материалов Аргоннской национальной лаборатории.

Для демонстрации команда выбрала атом железа и атом тербия, оба вставленные в соответствующие молекулярные хозяева. Чтобы обнаружить рентгеновский сигнал одного атома, исследовательская группа дополнила обычные детекторы рентгеновских лучей специализированным детектором, состоящим из острого металлического наконечника, расположенного в непосредственной близости от образца для сбора возбужденных рентгеновским излучением электронов – метод, известный как синхротрон. Рентгеновская сканирующая туннельная микроскопия или SX-STM. Рентгеновская спектроскопия в SX-STM инициируется фотопоглощением электронов основного уровня, что представляет собой отпечатки элементов и эффективно позволяет напрямую идентифицировать элементный тип материалов.

По словам Хла, спектры подобны отпечаткам пальцев: каждый из них уникален и способен точно определить, что это такое.

«Используемая техника и концепция, проверенная в этом исследовании, открыли новые горизонты в рентгеновской науке и наномасштабных исследованиях», — сказал Толулоп Майкл Аджайи, первый автор статьи и выполняющий эту работу в рамках своей докторской диссертации. Тезис. «Более того, использование рентгеновских лучей для обнаружения и характеристики отдельных атомов может революционизировать исследования и дать рождение новым технологиям в таких областях, как квантовая информация и обнаружение микроэлементов в экологических и медицинских исследованиях, и это лишь некоторые из них. Это достижение также открывает новые возможности. путь к передовым инструментам для материаловедения».

В течение последних 12 лет Хла участвовала в разработке прибора SX-STM и методов его измерения вместе с Волкером Роузом, ученым из усовершенствованного источника фотонов в Аргоннской национальной лаборатории.