Группа ученых из Университета Огайо, Аргоннской национальной лаборатории, Университета Иллинойс-Чикаго и других, возглавляемая профессором физики Университета Огайо и научным сотрудником Аргоннской национальной лаборатории Со Вай Хла, впервые в мире получила рентгеновский сигнал (или СИГНАТУРУ) всего одного атома. Это новаторское достижение может произвести революцию в способах обнаружения материалов учеными.
До этого наименьшее количество, которое можно просвечивать рентгеном образца, находится в аттограмме, то есть около 10 000 атомов или более. Это связано с тем, что сигнал рентгеновского излучения, производимый атомом, чрезвычайно слаб, так что обычные детекторы рентгеновского излучения не могут быть использованы для его обнаружения.
“Атомы можно регулярно визуализировать с помощью сканирующих зондовых микроскопов, но без рентгеновских лучей невозможно сказать, из чего они состоят. Теперь мы можем точно определять тип конкретного атома, по одному атому за раз, и можем одновременно измерять его химическое состояние “, – объяснил Хла,- “Как только мы сможем это сделать, мы сможем проследить материалы вплоть до предельного размера всего одного атома. Это окажет огромное влияние на экологические и медицинские науки и, возможно, даже позволит найти лекарство, которое может оказать огромное влияние на человечество. Это открытие изменит мир “.
В статье, опубликованной в научном журнале Nature 31 мая 2023 года подробно рассказывается о том, как Хла и несколько других физиков и химиков, включая аспирантов из ОГАЙО, использовали специально созданный синхротронный рентгеновский прибор на линии луча XTIP компании Advanced Photon Source и Центра наноразмерных материалов Аргоннской национальной лаборатории.
Для демонстрации команда выбрала атом железа и атом тербия, оба вставленные в соответствующие молекулярные узлы. Чтобы обнаружить рентгеновский сигнал одного атома, исследовательская группа дополнила обычные детекторы рентгеновских лучей специализированным детектором, изготовленным из острого металлического наконечника, расположенного в предельной близости к образцу для сбора возбужденных рентгеновским излучением электронов — метод, известный как синхротронная рентгеновская сканирующая туннельная микроскопия или SX-STM. Рентгеновская спектроскопия в SX-STM запускается за счет фотопоглощения электронов на уровне ядра, которые образуют элементарные отпечатки и эффективны для прямой идентификации элементного типа материалов.
В дополнение к Аджайи, в этом исследовании принимали участие несколько других аспирантов из ОГАЙО, в том числе нынешние аспиранты Синет Премаратна по физике и Синью Ченг по химии, а также выпускники PHD по физике Санджой Саркар, Шаозе Ван, Кьяо Зин Латт, Томас Рохас и Анх Т. Нго, в настоящее время адъюнкт-профессор химической инженерии в Университете Иллинойс-Чикаго. Председатель Колледжа искусств и наук Роенигк и профессор химии Эрик Массон разработал и синтезировал молекулу редкоземельного элемента, использованную в этом исследовании.
Наблюдаются атомы составляющие молекулу. Атомы взаимодействуют с фотонами изменяя их пути движения и фотоны регистрируются в приёмной аппаратуре. Всё так же как в видимом свете, но здесь фотоны рентгеновские, большинство их проходят сквозь молекулу не взаимодействуя с ней…
Наблюдается в рентген-диапазоне резонансная волновая структура. Это молекула?