Американские физики разработали чувствительный детектор для сканирования состава сложного материала с помощью рентгеновского излучения. Он позволяет определять отдельный атом в составе сложного материала. Ранее предел сканирования составлял около 10 000 атомов.
Супрамолекулярный ансамбль в форме кольца, состоящий только из атомов железа (слева), и сигнатура отдельного атома железа в рентгеновском излучении (справа). Изображение: Ohio University
С момента открытия на рубеже XIX и XX веков рентгеновское излучение активно используется для изучения свойств материалов и микроскопии. Но традиционные методы исследований основаны на их взаимодействии со многими атомами в образце для создания обнаруживаемого сигнала. Это связано с тем, что сигнал, создаваемый отдельным атомом, слаб и его трудно отличить от фонового шума.
Физики модернизировали обычные детекторы рентгеновского излучения с помощью специального устройства. Оно состояло из острого металлического наконечника, расположенного в непосредственной близости от образца для сбора возбужденных рентгеновским излучением электронов — синхротронного излучения.
Демонстрация работы технологии: под воздействием рентгеновского излучения (синий луч) электроны атома туннелируют и улавливаются детектором (сверху). Изображение: Ohio University
Для демонстрации возможностей усовершенствованного прибора исследователи использовали соединение из атомов железа и тербия. Когда рентгеновские лучи падают на отдельный атом в составе молекулы, электроны возбуждаются и туннелируют к наконечнику детектора. Спектры, собранные детектором, уникальны, и подробно отпечаткам пальцев они позволяют идентифицировать химический элемент исследуемого атома.
Атомы можно регулярно визуализировать с помощью сканирующих зондовых микроскопов, но без рентгеновских лучей невозможно сказать, из чего они сделаны. Теперь мы можем точно определять тип конкретного атома, по одному атому за раз, и одновременно измерять его химическое состояние.
Со Вай Хла, соавтор исследования
