Wenn man an Röntgenstrahlen denkt, kommen vielleicht Erinnerungen an gebrochene Knochen oder zahnärztliche Untersuchungen hoch. Aber dieses hochenergetische 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 mit Röntgenstrahlen zu untersuchen. bis jetzt.
Wissenschaftler konnten mithilfe von Röntgenstrahlen ein einzelnes Atom charakterisieren. Sie waren nicht nur in der Lage, die Art der Atome zu unterscheiden, die sie sahen (es gab zwei verschiedene Arten), sondern sie konnten auch das chemische Verhalten dieser Atome untersuchen.
„Atome können routinemäßig mit Rastersondenmikroskopen abgebildet werden, aber ohne Röntgenstrahlen kann man nicht sagen, woraus sie bestehen“, sagte Professor Sao Wai Hla, leitender Autor von der Ohio University und dem Argonne National Laboratory, in einem Artikel. Stellungnahme.
„Sobald wir dazu in der Lage sind, können wir das Material bis zur Grenze von nur einem Atom aufspüren. Das wird enorme Auswirkungen auf die Umwelt- und Medizinwissenschaften haben und vielleicht sogar eine Behandlung finden, die enorme Auswirkungen auf die Menschheit haben könnte.“ . Diese Entdeckung wird die Welt verändern.“
Die Arbeit konnte ein Eisenatom und ein Atom von Terbium aufspüren, einem Element, das zu den sogenannten Seltenerdmetallen gehört. Beide wurden in ihre molekularen Wirte eingefügt. Der herkömmliche Röntgendetektor wurde durch einen weiteren Spezialdetektor ergänzt. Letzterer verfügte über eine spezielle scharfe Metallspitze, die sehr nahe an der Probe platziert werden musste, um die durch Röntgenstrahlen angeregten Elektronen aufzufangen. Anhand der an der Spitze gesammelten Messungen kann das Team erkennen, ob es sich um Eisen oder Terbium handelt, und das ist noch nicht alles.
„Wir haben auch die chemischen Zustände einzelner Atome entdeckt“, erklärte Hla. „Durch den Vergleich der chemischen Zustände eines Eisenatoms und eines Terbiumatoms in speziellen molekularen Wirten stellen wir fest, dass ein Terbiumatom, ein Seltenerdmetall, mehr oder weniger isoliert ist und seinen chemischen Zustand nicht ändert, während das Eisenatom stark mit ihm interagiert die Umgebung.“
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 entscheidend für die Verbesserung der Leistung und Anwendung einer Vielzahl gängiger und weniger verbreiteter Materialien sein.
„Die verwendete Technik und das in dieser Studie demonstrierte Konzept haben neue Horizonte in der Röntgenwissenschaft und in nanoskaligen Studien eröffnet“, sagte Tululop Michael Ajay, der Erstautor der Arbeit, der die Arbeit im Rahmen seiner Doktorarbeit verfasste. Darüber hinaus könnte der Einsatz von Röntgenstrahlen zur Erkennung und Charakterisierung einzelner Atome die Forschung revolutionieren und neue Technologien in Bereichen wie quantitativer Information und Spurenelementerkennung in der Umwelt- und medizinischen Forschung hervorbringen, um nur einige zu nennen. Dieser Erfolg ebnet auch den Weg für fortschrittliche Geräte in der Materialwissenschaft.“
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift veröffentlicht Natur.
