16:53 2023-05-31
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Oamenii de știință raportează prima radiografie din lume a unui singur atom
_ Raportul oamenilor de știință primul X din lume -raza unui singur atom
O echipă de oameni de știință de la Universitatea Ohio, Laboratorul Național Argonne, Universitatea din Illinois-Chicago și alții, condusă de profesorul de fizică al Universității Ohio și om de știință de la Laboratorul Național Argonne, Saw Wai Hla, au luat primul SEMNAL (sau SEMNATURĂ) cu raze X din lume dintr-un singur atom. Această realizare revoluționară ar putea revoluționa modul în care oamenii de știință detectează materialele.
De la descoperirea sa de către Roentgen în 1895, razele X au fost folosite peste tot, de la examinări medicale până la controale de securitate în aeroporturi. . Chiar și Curiosity, roverul Marte al NASA, este echipat cu un dispozitiv cu raze X pentru a examina compoziția materialelor rocilor de pe Marte. O utilizare importantă a razelor X în știință este identificarea tipului de materiale dintr-o probă. De-a lungul anilor, cantitatea de materiale dintr-o probă necesară pentru detectarea cu raze X a fost mult redusă datorită dezvoltării surselor de raze X sincrotron și a noilor instrumente. Până în prezent, cea mai mică cantitate pe care o poate radiografie o probă este în attogramă, adică aproximativ 10.000 de atomi sau mai mult. Acest lucru se datorează faptului că semnalul de raze X produs de un atom este extrem de slab, astfel încât detectoarele convenționale de raze X nu pot fi folosite pentru a-l detecta. Potrivit lui Hla, este un vis de lungă durată al oamenilor de știință să radieze cu raze X doar un atom, ceea ce este acum realizat de echipa de cercetare condusă de el.
„Atomii pot fi fotografiați în mod obișnuit cu sonda de scanare. microscoape, dar fără raze X nu se poate spune din ce sunt făcute. Acum putem detecta exact tipul unui anumit atom, câte un atom, și putem măsura simultan starea chimică a acestuia", a explicat Hla, care este, de asemenea, directorul Institutului de fenomene cuantice și nano scară de la Universitatea Ohio. „Odată ce suntem capabili să facem asta, putem urmări materialele până la limita finală a unui singur atom. Acest lucru va avea un impact mare asupra științelor medicale și de mediu și poate chiar găsi un remediu care poate avea un impact imens pentru omenire. descoperirea va transforma lumea.”
Lucrul lor, publicat în revista științifică Nature pe 31 mai 2023 și care împodobește coperta versiunii tipărite a revistei științifice pe 1 iunie 2023, detaliază modul în care Hla și alți câțiva fizicieni și chimiști, inclusiv Ph.D. studenții de la OHIO, au folosit un instrument cu raze X sincrotron construit special la linia de lumină XTIP a Advanced Photon Source și Centrul pentru Materiale la scară nanometrică de la Laboratorul Național Argonne.
Pentru demonstrație, echipa a ales un atom de fier și un atom de terbiu, ambele inserate în gazdele moleculare respective. Pentru a detecta semnalul de raze X al unui atom, echipa de cercetare a completat detectoarele convenționale de raze X cu un detector specializat realizat dintr-un vârf de metal ascuțit poziționat la extrema proximitate de probă pentru a colecta electroni excitați cu raze X - o tehnică cunoscută sub numele de sincrotron. Microscopie de tunel cu scanare cu raze X sau SX-STM. Spectroscopia cu raze X în SX-STM este declanșată de fotoabsorbția electronilor de la nivelul miezului, care constituie amprentele digitale elementare și este eficientă în identificarea directă a tipului elementar al materialelor.
Conform Hla, spectrurile sunt ca amprentele digitale. , fiecare fiind unic și capabil să detecteze exact ce este.
„Tehnica utilizată și conceptul dovedit în acest studiu, au deschis noi baze în știința cu raze X și studiile la scară nanometrică”, a spus Tolulope Michael Ajayi , care este primul autor al lucrării și care face această lucrare ca parte a doctoratului său. teza. „Mai mult, utilizarea razelor X pentru detectarea și caracterizarea atomilor individuali ar putea revoluționa cercetarea și ar putea da naștere la noi tehnologii în domenii precum informația cuantică și detectarea oligoelementelor în cercetarea de mediu și medicală, pentru a numi câteva. Această realizare deschide, de asemenea, drumul pentru instrumentarea avansată a științei materialelor”.
În ultimii 12 ani, Hla a fost implicat în dezvoltarea unui instrument SX-STM și a metodelor sale de măsurare împreună cu Volker Rose, om de știință la Advanced Photon Source de la Laboratorul Național Argonne.
"Am reușit să supervizez cu succes patru studenți absolvenți ai OHIO pentru tezele lor de doctorat legate de dezvoltarea metodei SX-STM pe o perioadă de 12 ani. Am parcurs un drum lung pentru a realiza detectarea unui singur semnătura cu raze X a atomului”, a spus Hla.
Studiul lui Hla se concentrează pe științe nano și cuantice, cu un accent deosebit pe înțelegerea proprietăților chimice și fizice ale materialelor la nivel fundamental – pe baza atomului individual. Pe lângă obținerea semnăturii cu raze X a unui atom, obiectivul cheie al echipei a fost să folosească această tehnică pentru a investiga efectul asupra mediului asupra unui singur atom de pământ rar.
„Am detectat stările chimice ale individului. de asemenea, atomi", a explicat Hla. „Prin compararea stărilor chimice ale unui atom de fier și ale unui atom de terbiu din interiorul gazdelor moleculare respective, aflăm că atomul de terbiu, un metal din pământuri rare, este mai degrabă izolat și nu își schimbă starea chimică, în timp ce atomul de fier interacționează puternic cu el. înconjurător.”
Multe materiale din pământuri rare sunt folosite în dispozitivele de zi cu zi, cum ar fi telefoanele mobile, computerele și televizoarele, pentru a numi câteva, și sunt extrem de importante în crearea și promovarea tehnologiei. Prin această descoperire, oamenii de știință pot identifica acum nu numai tipul de element, ci și starea sa chimică, ceea ce le va permite să manipuleze mai bine atomii din interiorul diferitelor materiale gazdă pentru a satisface nevoile în continuă schimbare în diferite domenii. Mai mult, ei au dezvoltat, de asemenea, o nouă metodă numită „tunelul de rezonanță excitat cu raze X sau X-ERT” care le permite să detecteze modul în care orbitalii unei singure molecule se orientează pe suprafața unui material folosind razele X sincrotron.
„Această realizare conectează razele X sincrotron cu procesul de tunel cuantic pentru a detecta semnătura razelor X a unui atom individual și deschide multe direcții interesante de cercetare, inclusiv cercetarea proprietăților cuantice și spin (magnetice) ale unui singur atom folosind razele X sincrotron. „, a spus Hla.
Pe lângă Ajayi, mai mulți alți studenți absolvenți din OHIO, inclusiv actualul doctorat. studenții Sineth Premarathna la fizică și Xinyue Cheng la chimie, precum și doctorat. În această cercetare au fost implicați absolvenții de fizică Sanjoy Sarkar, Shaoze Wang, Kyaw Zin Latt, Tomas Rojas și Anh T. Ngo, în prezent profesor asociat de inginerie chimică la Universitatea din Illinois-Chicago. Catedra de la Colegiul de Arte și Științe Roenigk și profesor de chimie Eric Masson a proiectat și sintetizat molecula de pământ rar utilizată în acest studiu.
În continuare, Hla și echipa sa de cercetare vor continua să folosească razele X pentru a detecta proprietăți. dintr-un singur atom și să găsească modalități de a-și revoluționa în continuare aplicațiile pentru a le utiliza în colectarea cercetării materialelor critice și nu numai.
Comentarii:
Adauga Comentariu