单个原子的x射线的特征已经首次记录

科学家们测量了x射线的特征从单个原子的第一次。的工作是发表在自然并由一个多中心的团队包括来自俄亥俄州大学的研究人员,芝加哥大学的阿贡国家实验室,和其他人。这项研究可能产生巨大的影响如何科学家探测材料的化学组成。

在attogram

在众多的领域——从使用x射线扫描骨折在机场检测安全风险。在科学研究中,使用x射线分析材料的属性。先进的分析仪器,如x射线同步加速器的出现,减少了所需的样本量产生准确的阅读。目前,x射线分析所需的最小数量的物质是一种attogram——这大概是10000个原子或更多。新的进展都代表一个阶跃变化在我们的检测能力。

直到现在,attogram极限存在的弱点产生的x射线信号较小的原子数量。看到围Hla阿贡国家实验室研究员和俄亥俄大学的物理学教授,说科学家长期以来有针对性的技术图像数量较小的原子。“原子可以经常与扫描探针显微镜成像,但没有x射线,不能告诉他们是什么做的。我们现在可以准确检测特定原子的类型,一次一个原子,可以同时测量其化学状态,”拉说。

下地狱这个物理屏障,Hla和团队使用一个定制的射线同步加速器中心的纳米材料在阿贡国家实验室。

元素指纹

在论文中,研究人员展示了他们的技术特征的信号从一个铁和铽原子。研究人员增加了一个专门的探测器传统x光设备。这个奖金扫描仪旁边立即出现一把锋利的金属杆放置样品。杆的极限距离允许它胡佛激发电子扫描样品时产生。调用此方法同步x射线扫描隧道显微镜或SX-STM。能量释放的原子与他们的核心物理性质,这意味着他们代表独特的元素“指纹”,使原子。

当x射线(蓝色)照亮一个铁原子(红色球中心的分子),核心级电子兴奋。x光激发电子然后隧道探测器尖端(灰色)通过重叠的原子/分子轨道,它提供元素和铁原子的化学信息。信贷:saw - wai Hla领导

”所使用的技术,和概念证明在这项研究中,打破新地面x射线科学和纳米尺度的研究,“说Tolulope迈克尔Ajayi,一个博士生,这项研究的第一作者。“更如此,使用x射线检测和描述单个原子可以彻底改变研究和生新技术在量子信息等领域和微量元素的检测环境和医学研究,等等。这一成就也为先进材料科学仪器打开道路。”

一种罕见的发现

团队接着描述原子是如何被存储在不同的分子影响主机。“我们发现铽原子,稀土金属,相当孤立和不改变其化学状态,而铁原子强烈与周围环境相互作用,“Hla说。

这个新知识跨越许多领域的应用。稀土金属铽等关键部件的日常设备如电视和手机,还在激光等先进技术和航空航天合金。新的发现将允许科学家们使用这些材料,以便更好地理解他们的化学性质是如何修改的环境,应该开放更多的潜在使用这些元素。

一个dditionally,团队设计了一个新颖的技术,x射线兴奋共振隧穿(X-ERT)。这种方法使孤独的分子轨道方向的检测材料表面使用同步加速器x射线。

”这一成就与量子隧穿过程连接同步x射线检测单个原子的x射线的特征并打开许多激动人心的研究方向包括研究量子自旋(磁)仅有一个原子的属性使用同步加速器x射线,”拉说。

Hla总结道,“这将对环境和医学科学有很大的影响,甚至找到一个治疗对人类产生巨大影响。这一发现将改变世界。”

参考:Ajayi TM, Shirato N,罗哈斯T, et al。描述只有一个原子使用同步加速器x射线。自然。2023,618 (7963):69 - 73。doi:10.1038 / s41586 - 023 - 06011 - w

这篇文章是一个返工的新闻稿发行的俄亥俄大学。材料已经编辑的长度和内容。