Erstmaliger Durchbruch mit Röntgenstrahlen einzelner Atome, der „die Welt verändern“ wird

Viele normale Menschen werden nicht erkennen, dass es der Wissenschaft noch nie gelungen ist, ein einziges Atom zu röntgen.

Die derzeit besten Synchrotronscanner können Röntgenstrahlen abbilden – etwa 10.000 Atome –, aber das von einem einzelnen Atom erzeugte Signal ist für herkömmliche Detektoren zu schwach. bis jetzt.

Das Kunststück wurde dank eines speziell gebauten Synchrotroninstruments am Argonne National Laboratory in Illinois erreicht, das eine Technik namens SX-STM (Synchrotron X-ray Scanning Tunneling Microscopy) nutzt.

Die Forscher hinter dem Durchbruch sagen, dass er den Weg für die Suche nach Heilmitteln für schwere lebensbedrohliche Krankheiten, die Entwicklung ultraschneller Quantencomputer und andere Fortschritte in den Material- und Umweltwissenschaften ebnet.

Atome sind die Teilchen, die Moleküle bilden, und die Grenzen, bis zu denen jede Substanz chemisch zersetzt werden kann. In einem Golfball sind viele Golfbälle enthalten, die in den Boden gesteckt werden können.

Das SX-STM kann es nun auf einen unendlich kleinen Grad skalieren. Die Leistung wurde als „heiliger Gral“ der Physik und als langjähriger Traum von OSU-Professor Saw Wai Hla beschrieben, dem Hauptautor des Papiers, in dem die Entdeckung erläutert wird.

„Atome können routinemäßig mit Rastersondenmikroskopen abgebildet werden – aber ohne Röntgenstrahlen kann man nicht sagen, woraus sie bestehen“, erklärte Dr. Hla. Wir können jetzt die Art eines bestimmten Atoms genau erkennen, Atom für Atom, und gleichzeitig seinen chemischen Zustand messen. Diese Entdeckung wird die Welt verändern.

Seit ihrer Entdeckung durch Röntgen im Jahr 1895 wurden Röntgenstrahlen in Dutzenden von Anwendungen und Bereichen eingesetzt, von medizinischen Untersuchungen bis hin zu Sicherheitskontrollen auf Flughäfen.

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Der Marsrover Curiosity der NASA ist mit einem Röntgengerät ausgestattet, um Gesteinsformationen zu untersuchen.

Eine wichtige Verwendung von Röntgenstrahlen in der Wissenschaft besteht darin, die Art des Materials in einer Probe zu bestimmen. Im Laufe der Jahre konnte dank der Entwicklung der Synchrotron-Röntgenstrahlung die für die Röntgendetektion erforderliche Materialmenge in der Probe stark reduziert werden.

SX-STM sammelt angeregte Elektronen, die Teilchen auf der Außenfläche eines Atoms, die sich um die Protonen und Neutronen im Inneren bewegen, und das auf diese Weise erzeugte Spektrum ist wie ein Fingerabdruck, der eine genaue Erkennung dessen ermöglicht, was ein Atom ist.

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„Die verwendete Technik und das in dieser Studie demonstrierte Konzept haben neue Horizonte in der Röntgenwissenschaft und in nanoskaligen Studien eröffnet“, sagte Erstautor Tululop Michael Ajay, Doktorand an der Ohio State.

„Darüber hinaus könnte der Einsatz von Röntgenstrahlen zur Erkennung und Charakterisierung einzelner Atome die Forschung revolutionieren und neue Technologien in Bereichen wie quantitativer Information und Spurenelementerkennung in der Umwelt- und medizinischen Forschung hervorbringen, um nur einige zu nennen.“

„Dieser Erfolg ebnet auch den Weg für fortschrittliche Geräte in der Materialwissenschaft.“

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