Wetenschappers hebben ‘s werelds eerste röntgenfoto ooit van een enkel atoom vastgelegd, wat een opmerkelijke ontdekking is

Wetenschappers hebben voor het eerst röntgenstralen kunnen gebruiken om een ​​enkelvoudig atoom goed te bestuderen.

Als je ooit een ledemaat hebt gebroken, heb je waarschijnlijk een röntgenfoto laten maken en het proces doorlopen van elektromagnetische straling om vervolgens een beeld te zien van je lichaamsstructuren en weefsel. Of anders wanneer u door het vliegveld bent gegaan en uw zakken moest legen voordat u door de beveiliging ging. Hoewel röntgenstraling veel dingen kan opmerken, zijn wetenschappers er tot nu toe echter niet in geslaagd één enkel atoom te karakteriseren met behulp van röntgenstraling.

Een team van wetenschappers werd geleid door Saw Wai Hla, hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Ohio en wetenschapper van het Argonne National Laboratory.

In een project dat werd gefinancierd door het Office of Basic Energy Sciences van het Amerikaanse ministerie van Energie, ging het team op zoek naar een manier om een ​​enkelvoudig atoom op te pikken en te karakteriseren met behulp van röntgenstraling – het kleinste aantal tot nu toe was 10.000 atomen of meer, volgens een persbericht van de Universiteit van Ohio op Eurek Alert.

Maar waarom is het zo belangrijk om een ​​enkelvoudig atoom op een röntgenfoto op te pikken?

Tot nu toe was het kleinste aantal atomen dat röntgenstralen konden oppikken 10.000 (Jonathan Kitchen/Getty Stock Images)

Waarom

Hla legt uit dat je zonder röntgenfoto’s niet kunt zeggen waar een atoom ‘van gemaakt’ is.

Een röntgenfoto van een enkel atoom wordt vergeleken met het beeld van een vingerafdruk en een manier om niet alleen de fysieke maar ook de chemische eigenschappen ervan te identificeren.

Tot het project konden atomen ‘routinematig in beeld worden gebracht met scanning-sondemicroscopen’, maar wetenschappers konden niet het exacte ‘type van een bepaald atoom, atoom voor atoom’ detecteren, naast het meten van de chemische toestand ervan.

De techniek die het team gebruikte om met succes een röntgenfoto van een enkelvoudig atoom te verkrijgen (Saw-Wai Hla/Ohio University)

Hoe

Met behulp van een speciaal gebouwd synchrotron-röntgeninstrument begonnen de wetenschappers het apparaat te testen op een ijzeratoom en een terbiumatoom in het Argonne National Laboratory van het Center for Nanoscale Materials.

Het team plaatste elk afzonderlijk atoom in ‘respectievelijke moleculaire gastheren’. Om het röntgensignaal van één atoom te detecteren, heeft het team ‘conventionele detectoren in röntgenstraling aangevuld met gespecialiseerde detectoren gemaakt van een scherpe metalen punt die extreem dicht bij het monster is geplaatst om door röntgenstraling geëxciteerde elektronen te verzamelen’.

De techniek staat bekend als synchrotron X-ray scanning tunneling microscopy (SX-STM) en het team ‘brak nieuwe wegen in de röntgenwetenschap en studies op nanoschaal’ door deze te gebruiken, aldus de eerste auteur van het artikel Tolilope Michael Ajayi.

En bovendien heeft het team hun doel bereikt: het detecteren van een röntgensignatuur van een enkel atoom, naast het detecteren van de chemische toestanden van de individuele atomen, waarbij werd vastgesteld dat het terbiumatoom ‘nogal geïsoleerd is en zijn chemische toestand niet verandert terwijl het ijzer atoom heeft een sterke wisselwerking met zijn omgeving’.

De röntgentechniek onthulde zes rubidiumatomen en een ijzeratoom (Ajayi et al., Nature)

Het artikel van de studie – getiteld Karakterisering van slechts één atoom met behulp van synchrotronstralen En. gepubliceerd in Nature – stelt: “Ons werk verbindt synchrotron-röntgenstralen met een kwantumtunnelingproces en opent toekomstige röntgenexperimenten voor gelijktijdige karakterisering van elementaire en chemische eigenschappen van materialen bij de ultieme limiet van één atoom.

Hla besloot: ‘Als we dat eenmaal kunnen doen, kunnen we de materialen traceren tot aan de uiterste grens van slechts één atoom. Dit zal een grote impact hebben op de milieu- en medische wetenschappen en misschien zelfs een geneesmiddel vinden dat een enorme impact kan hebben op de natuur. de mensheid. Deze ontdekking zal de wereld transformeren.”

Onderwerpen: wetenschap, technologie, wereldnieuws