• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
01.06.2023
Сергей Васильев
5 514

Физики впервые «сделали рентген» отдельным атомам

5.3

Ученые смогли рассмотреть индивидуальные атомы железа и тербия в рентгеновских лучах. Такой метод позволяет узнать больше об их свойствах и химическом состоянии, предоставляя возможность изучать молекулы и материалы с атомарным разрешением.

Кольцо супрамолекулярного комплекса, в центре которого находится одиночный атом железа
Кольцо супрамолекулярного комплекса, в центре которого находится одиночный атом железа / ©Ajayi et al., 2023 / Автор: Ирина Мельникова

Первое изображение изолированного атома — водорода — получили в 2008 году с помощью электронного микроскопа. А через несколько лет ученые сумели рассмотреть даже внутреннее строение атома, включая орбитали его электрона. Теперь же им удалось увидеть отдельный атом в рентгеновских лучах, которые позволяют различить больше деталей.

«Мы можем определять вид одного конкретного атома и одновременно его химическое состояние. Это позволит изучать материалы с атомарным разрешением», — объяснил профессор Университета Огайо Со-Вай Хла (Saw-Wai Hla). Статья о новой работе опубликована в журнале Nature.

Для получения изображений атомов обычно используют сканирующие туннельные микроскопы. Такие инструменты «сканируют» специальным образом подготовленный образец с помощью зонда — тончайшей иглы, на которую подается заряд. Электроны срываются с кончика иглы, туннелируя между нею и поверхностью и создавая ток. С помощью математических преобразований характеристики этого тока превращают в готовую картинку.

Команда профессора Хла работает над рентгеновской версией такой системы — «синхротронной рентгеновской сканирующей туннельной микроскопией» (SX-STM). Для этого образец просвечивают узким рентгеновским лучом, однако в дополнение к обычному детектору используют тончайшую металлическую иглу, расположенную максимально близко к нему.

Схематическое изображение SX-STM: железо скоординировано в супрамолекулярном комплексе, синим показан рентгеновский луч, вверху виден кончик игольчатого зонда
Схематическое изображение SX-STM: железо скоординировано в супрамолекулярном комплексе, синим показан рентгеновский луч, вверху виден кончик игольчатого зонда / ©Saw-Wai Hla, Ohio University

Рентгеновские фотоны переводят электроны в атоме в возбужденное состояние. Они оказываются на более высоких орбиталях, что сразу отражается на токе между образцом и иглой, который возникает, когда электроны туннелируют на нее. В зависимости от состояния атома его электроны несут разную энергию и находятся на разных орбиталях, поглощая фотоны разной длины волны. Это позволяет различить не только сам атом, но и его химическое состояние.

Супрамолекулярный комплекс с атомом железа (окрашен красным)
Супрамолекулярный комплекс с атомом железа (окрашен красным) / ©Ajayi et al., 2023

Недавно ученые успешно опробовали новый метод SX-STM на практике. Они использовали рентгеновский источник APL Аргоннской национальной лаборатории, а объектами изучения стали ионы железа и тербия, скоординированные в супрамолекулярном комплексе. Он послужил для них своего рода «штативом», в центре которого были «закреплены» атомы.

«Мы смогли определить и химические состояния отдельных атомов. Сравнив их состояния в разных молекулярных комплексах, мы показали, что тербий — редкоземельный металл — остается сравнительно изолированным. <…> А вот железо заметно взаимодействует со своим окружением», — подытожил профессор Хла.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 08:27
Александр Березин

Популярная гипотеза о доставке большого объема легких элементов на древнюю Землю с кометами и астероидами получила существенный удар: «импорт» был весьма невелик. Значит, вода и многое другое, необходимое для возникновения жизни, никогда не исчезали с лица нашей планеты.

Вчера, 11:06
НИУ ВШЭ

Энцелад — один из крупнейших спутников Сатурна, где потенциально может существовать внеземная микробная жизнь. Исследователи НИУ ВШЭ и ИКИ РАН вычислили характеристики пылевой плазмы и электрических полей, а также концентрацию фотоэлектронов вблизи поверхности спутника. Несмотря на удаленность Энцелада от Солнца, фотоэффект на его поверхности оказался важен для формирования пылевой плазмы.

18 июня
Сколтех

Ученые из Сколтеха, Цзилиньского университета и Центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления в Пекине (HPSTAR), а также их немецкие коллеги синтезировали и исследовали новый тип сверхпроводника с высоким содержанием водорода — супергидрид лантана типа A15 с формулой La4H23. Новый материал обладает сверхпроводимостью при температуре ниже −168 градусов и давлении в 1,2 миллиона атмосфер.

18 июня
Сколтех

Ученые из Сколтеха, Цзилиньского университета и Центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления в Пекине (HPSTAR), а также их немецкие коллеги синтезировали и исследовали новый тип сверхпроводника с высоким содержанием водорода — супергидрид лантана типа A15 с формулой La4H23. Новый материал обладает сверхпроводимостью при температуре ниже −168 градусов и давлении в 1,2 миллиона атмосфер.

Позавчера, 16:57
ПНИПУ

Шаровая молния — выдумка или реальное явление, что такое темная материя и как она влияет на массу Вселенной? Для чего предназначены узоры на кончиках пальцев? Как мы «заражаемся» зевотой и почему мы чихаем, глядя на солнце? Отчего правшей больше, чем левшей и что нужно, чтобы сработал эффект плацебо? Об этом рассказали ученые Пермского Политеха.

17 июня
Игорь Байдов

Американские военные планируют разработать психостимулятор, действие которого можно активировать в мозге с помощью ближнего ИК-излучения. Такая технология поможет пилотам ВВС США сохранять бдительность во время длительных боевых вылетов. Привыкания или побочных эффектов препарат вызывать не будет.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно