Premýšľanie o röntgenových lúčoch môže vyvolať spomienky na vyšetrenie zlomených kostí alebo zubov. Toto mimoriadne energetické svetlo nám však môže ukázať oveľa viac než len naše kosti: Používa sa aj na štúdium molekulárneho sveta, dokonca aj biochemických reakcií v reálnom čase. Jedným problémom však je, že výskumníci nikdy nedokázali študovať jediný atóm pomocou röntgenových lúčov. Doteraz.
Vedcom sa podarilo charakterizovať atóm pomocou röntgenových lúčov. Nielenže boli schopní identifikovať, na aký typ atómu sa pozerali (boli tam dva rôzne atómy), ale boli tiež schopní študovať chemické správanie, ktoré tieto atómy vykazovali.
„Atómy sa dajú bežne zobrazovať mikroskopmi so skenovacou sondou, ale bez röntgenových lúčov sa nedá povedať, z čoho sú vyrobené. Teraz môžeme zistiť typ konkrétneho atómu, jeden atóm po druhom, a súčasne merať jeho chemický stav,“ povedal hlavný autor profesor Saw Y Hla z Ohio University a Argonne National Laboratory. A vyhlásenie,
„Akonáhle to dokážeme, dokážeme detekovať materiály až po konečný limit jediného atómu. To bude mať obrovský vplyv na životné prostredie a lekársku vedu a môže dokonca viesť k vyliečeniu, ktoré bude mať obrovský vplyv na ľudstvo. Tento objav zmení svet.“
Skenovacia tunelová mikroskopia supramolekulových agregátov terbia s atómom terbia v strede každej štruktúry.
Obrazový kredit: Ajayi et al., Nature, 2023
Práca bola schopná sledovať jeden atóm železa a jeden atóm terbia, prvku, ktorý je súčasťou takzvaných kovov vzácnych zemín. Obidve boli vložené do svojich príslušných molekulárnych hostiteľov. Klasický röntgenový detektor bol doplnený o ďalší špeciálny detektor. Ten mal špeciálny ostrý kovový hrot, ktorý musel byť umiestnený veľmi blízko vzorky, aby zbieral elektróny excitované röntgenovým žiarením. Z meraní zozbieraných hrotom mohol tím zistiť, či ide o železo alebo terbium, a to nie je všetko.
„Objavili sme aj chemické stavy jednotlivých atómov,“ povedal Hala. „Porovnaním chemických stavov atómu železa a atómu terbia vo vnútri ich príslušných molekulárnych hostiteľov zistíme, že atóm terbia, kov vzácnych zemín, je izolovaný a nemení svoj chemický stav, zatiaľ čo atóm železa s ním interaguje. Silne kontaktuje okolie.“
Obrázky supramolekulových agregátov pozostávajúcich zo šiestich atómov rubídia a jedného atómu železa.
Obrazový kredit: Ajayi et al., Nature, 2023
Signál, ktorý detektor vidí, sa porovnáva s odtlačkom prsta. Umožňuje výskumníkom pochopiť štruktúru vzorky, ako aj študovať jej fyzikálne a chemické vlastnosti. To by mohlo byť dôležité pre zlepšenie výkonu a aplikácie rôznych normálnych a nenormálnych materiálov.
Tolulop Michael Ajayi, ktorý je prvým autorom článku a robí túto prácu ako súčasť svojej dizertačnej práce, povedal: „Technológia a osvedčený koncept použitý v tejto štúdii prelomili nové pole v röntgenovej vede a štúdiách nanometrov. Zlomili.“ „Okrem toho, použitie röntgenových lúčov na detekciu a charakterizáciu jednotlivých atómov by mohlo spôsobiť revolúciu vo výskume a viesť k novým technológiám v oblastiach, ako sú kvantové informácie a detekcia stopových prvkov v environmentálnom a lekárskom výskume. Tento úspech tiež otvára cestu pre pokročilé prístrojové vybavenie materiálovej vedy.
Táto štúdia bola publikovaná v časopise Príroda,
Bola uverejnená staršia verzia tohto článku máj 2023,
