's Werelds eerste röntgenfoto van één enkel atoom

Het denken aan röntgenfoto's kan herinneringen oproepen aan gebroken botten of tandheelkundige onderzoeken. Maar dit zeer actieve licht kan ons meer laten zien dan alleen onze botten: het wordt ook gebruikt om de moleculaire wereld en zelfs biochemische reacties in realtime te bestuderen. Maar één probleem is dat onderzoekers nooit één enkel atoom hebben kunnen bestuderen met behulp van röntgenstralen. Dusver.

Wetenschappers zijn erin geslaagd een enkel atoom te karakteriseren met behulp van röntgenstraling. Ze konden niet alleen het type atomen onderscheiden dat ze zagen (er waren twee verschillende atomen), maar ze konden ook het chemische gedrag van deze atomen bestuderen.

“Atomen kunnen routinematig in beeld worden gebracht met behulp van scanningmicroscopen, maar zonder één tegelijk, en we kunnen tegelijkertijd hun chemische toestand meten.” stelling.

“Zodra we dit kunnen doen, kunnen we materialen traceren tot aan de uiteindelijke limiet van slechts één atoom. Dit zal een enorme impact hebben op de milieu- en medische wetenschap en misschien zal er een geneesmiddel worden gevonden dat een enorme impact kan hebben op de mensheid. Deze ontdekking zal de wereld veranderen.”

Het werk kon een ijzeratoom en een terbiumatoom traceren, een element dat deel uitmaakt van de zogenaamde zeldzame aardmetalen. Beide worden in hun moleculaire gastheren ingebracht. De conventionele röntgendetector wordt aangevuld met een extra speciale detector. Deze laatste had een gespecialiseerde scherpe metalen punt die dicht bij het monster moest worden geplaatst om de door röntgenstraling geëxciteerde elektronen te verzamelen. Door de door de partij verzamelde metingen kon het team vaststellen of het ijzer of terbium was, en dat is nog niet alles.

“We ontdekten ook de chemische toestanden van individuele atomen”, legt Hala uit. “Door de chemische toestanden van het ijzeratoom en het terbiumatoom binnen hun moleculaire gastheren te vergelijken, ontdekken we dat het terbiumatoom, een zeldzaam aardmetaal, tamelijk geïsoleerd is en zijn chemische toestand niet verandert terwijl het ijzeratoom sterk met zijn atomen interageert. . De oceaan.”

Het door de detector waargenomen signaal werd vergeleken met een vingerafdruk. Hiermee kunnen onderzoekers de samenstelling van het monster begrijpen en de fysische en chemische eigenschappen ervan bestuderen. Dit kan van cruciaal belang zijn voor het verbeteren van de prestaties en de toepassing van een verscheidenheid aan veel voorkomende en ongebruikelijke materialen.

“De gebruikte techniek en het concept dat in deze studie wordt gedemonstreerd, hebben nieuwe horizonten geopend in de röntgenwetenschap en studies op nanoschaal”, zegt Tolulope Michael Ajayi, de eerste auteur van het artikel en dit werk doet als onderdeel van zijn proefschrift. “Bovendien zou het gebruik van röntgenstralen om individuele atomen te detecteren en te karakteriseren een revolutie teweeg kunnen brengen in het onderzoek en nieuwe technologieën kunnen genereren op gebieden zoals kwantuminformatie en detectie van sporenelementen in milieu- en medisch onderzoek, om er maar een paar te noemen. Deze prestatie opent ook de weg voor nieuwe ontwikkelingen wetenschappelijke hulpmiddelen.” Geavanceerde materialen.

Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift natuur.

Een eerdere versie van dit artikel verscheen in Mei 2023.