Myślenie o prześwietleniach rentgenowskich może wywołać wspomnienia złamanych kości lub badań stomatologicznych. Ale to wysoce aktywne światło może nam pokazać więcej niż tylko nasze kości: wykorzystuje się je również do badania świata molekularnego, a nawet reakcji biochemicznych w czasie rzeczywistym. Problem polega jednak na tym, że badaczom nigdy nie udało się zbadać pojedynczego atomu za pomocą promieni rentgenowskich. Dotychczas.
Naukowcom udało się scharakteryzować pojedynczy atom za pomocą promieni rentgenowskich. Nie tylko potrafili rozróżnić rodzaj obserwowanych atomów (były dwa różne atomy), ale także byli w stanie zbadać zachowanie chemiczne tych atomów.
„Atomy można rutynowo obrazować za pomocą mikroskopów skaningowych, ale bez użycia jednego aparatu na raz, a jednocześnie możemy mierzyć ich stan chemiczny”. oświadczenie.
„Kiedy już będziemy w stanie to zrobić, będziemy mogli prześledzić materiały aż do końcowego limitu zaledwie jednego atomu. Będzie to miało ogromny wpływ na nauki o środowisku i medycynę i być może zostanie wynalezione lekarstwo, które będzie miało ogromny wpływ na ludzkość. To odkrycie zmieni świat.”
Skaningowa mikroskopia tunelowa supramolekularnych zespołów cząsteczek terbu, z atomem terbu w środku każdej struktury.
Źródło zdjęcia: Ajayi i wsp., Natura, 2023
W ramach prac udało się wyśledzić atom żelaza i atom terbu, pierwiastek wchodzący w skład tak zwanych metali ziem rzadkich. Obydwa są wstawiane do swoich molekularnych gospodarzy. Konwencjonalny detektor promieni rentgenowskich uzupełniony jest o dodatkowy, specjalny detektor. Ten ostatni miał wyspecjalizowaną ostrą metalową końcówkę, którą należało umieścić blisko próbki, aby zebrać elektrony wzbudzone promieniowaniem rentgenowskim. Dzięki pomiarom zebranym przez grupę zespół był w stanie określić, czy było to żelazo, czy terb, ale to nie wszystko.
„Odkryliśmy także stany chemiczne poszczególnych atomów” – wyjaśniła Hala. „Porównując stany chemiczne atomu żelaza i atomu terbu w ich molekularnych gospodarzach, stwierdzamy, że atom terbu, metalu ziem rzadkich, jest dość izolowany i nie zmienia swojego stanu chemicznego, podczas gdy atom żelaza silnie oddziałuje ze swoimi atomami . Ocean.”
Obrazy zespołów supramolekularnych zawierających sześć atomów rubidu i jeden atom żelaza.
Źródło zdjęcia: Ajayi i wsp., Natura, 2023
Sygnał widziany przez detektor porównano z odciskiem palca. Pozwala badaczom zrozumieć skład próbki, a także zbadać jej właściwości fizyczne i chemiczne. Może to mieć kluczowe znaczenie dla poprawy wydajności i zastosowania różnych powszechnych i nietypowych materiałów.
„Zastosowana technika i koncepcja zaprezentowana w tym badaniu otworzyły nowe horyzonty w badaniach rentgenowskich i badaniach w nanoskali” – powiedział Tolulope Michael Ajayi, który jest pierwszym autorem artykułu i wykonuje tę pracę w ramach swojej pracy doktorskiej. „Co więcej, wykorzystanie promieni rentgenowskich do wykrywania i charakteryzowania poszczególnych atomów może zrewolucjonizować badania i wygenerować nowe technologie w takich obszarach, jak informacja kwantowa i wykrywanie pierwiastków śladowych w badaniach środowiskowych i medycznych, żeby wymienić tylko kilka. To osiągnięcie otwiera także drogę dla nowych narzędzia naukowe.” Zaawansowane materiały.
Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Natura.
Poprzednia wersja tego artykułu została opublikowana w Maj 2023.