Mencapai sinar-X pertama di dunia dari satu atom

Memikirkan sinar-X dapat memunculkan ingatan tentang patah tulang atau pemeriksaan gigi. Tapi cahaya yang sangat energik ini dapat menunjukkan kepada kita lebih dari sekedar tulang kita: itu juga digunakan untuk mempelajari dunia molekuler, dan bahkan reaksi biokimia secara real time. Namun, satu masalah adalah para peneliti tidak pernah mampu mempelajari atom tunggal dengan sinar-X. Sejauh ini.

Para ilmuwan telah mampu mengkarakterisasi satu atom menggunakan sinar-X. Mereka tidak hanya dapat membedakan jenis atom yang mereka lihat (ada dua jenis yang berbeda), tetapi mereka juga dapat mempelajari perilaku kimiawi yang ditunjukkan oleh atom-atom ini.

“Atom dapat dicitrakan secara rutin dengan mikroskop probe pemindaian, tetapi tanpa sinar-X, seseorang tidak dapat mengetahui terbuat dari apa,” kata Profesor Sao Wai Hla, penulis senior, Universitas Ohio dan Laboratorium Nasional Argonne, dalam sebuah makalah. penyataan.

“Begitu kami dapat melakukan ini, kami dapat melacak materi hingga batas hanya satu atom. Ini akan berdampak besar pada ilmu lingkungan dan kedokteran dan bahkan mungkin menemukan pengobatan yang dapat berdampak besar pada umat manusia. .Penemuan ini akan mengubah dunia.”

Pekerjaan itu mampu melacak atom besi dan atom terbium, unsur yang merupakan bagian dari apa yang disebut logam tanah jarang. Keduanya telah dimasukkan ke dalam inang molekulernya. Detektor sinar-X konvensional telah dilengkapi dengan detektor khusus tambahan. Yang terakhir memiliki ujung logam tajam khusus yang harus ditempatkan sangat dekat dengan sampel untuk mengumpulkan elektron tereksitasi sinar-X. Dari pengukuran yang dikumpulkan oleh ujungnya, tim dapat mengetahui apakah itu besi atau terbium, dan itu belum semuanya.

“Kami juga menemukan keadaan kimia dari masing-masing atom,” jelas Hla. “Dengan membandingkan keadaan kimia atom besi dan atom terbium dalam inang molekul khusus, kami menemukan bahwa atom terbium, logam tanah jarang, kurang lebih terisolasi dan tidak mengubah keadaan kimianya saat atom besi berinteraksi kuat dengan lingkungan.”

Sinyal yang terlihat oleh detektor dibandingkan dengan sidik jari. Ini memungkinkan peneliti untuk memahami komposisi sampel, serta mempelajari sifat fisik dan kimianya. Ini bisa sangat penting untuk meningkatkan kinerja dan penerapan berbagai bahan umum dan tidak begitu umum.

“Teknik yang digunakan, dan konsep yang didemonstrasikan dalam penelitian ini, telah membuka cakrawala baru dalam sains sinar-X dan studi skala nano,” kata Tululop Michael Ajay, penulis pertama makalah yang melakukan pekerjaan sebagai bagian dari tesis doktoralnya. Terlebih lagi, menggunakan sinar-X untuk mendeteksi dan mengkarakterisasi atom individu dapat merevolusi penelitian dan menghasilkan teknologi baru di berbagai bidang seperti informasi kuantitatif dan deteksi elemen jejak dalam penelitian lingkungan dan medis, untuk beberapa nama. Pencapaian ini juga membuka jalan bagi perangkat canggih dalam ilmu material.”

Studi ini telah dipublikasikan di jurnal alam.