Получен первый рентгеновский снимок отдельного атома — он выглядит как черная дыра!
Визуализация в атомном масштабе появилась в середине 1950-х годов и с тех пор стремительно развивается — настолько, что уже в 2008 году физики успешно использовали электронный микроскоп для получения изображения одного атома водорода. Пять лет спустя ученые смогли заглянуть внутрь атома водорода с помощью «квантового микроскопа», что привело к первому прямому наблюдению электронных орбиталей.
А теперь у нас есть первый рентгеновский снимок отдельного атома, любезно предоставленный учеными из Университета Огайо, Аргоннской национальной лаборатории и Университета Иллинойс-Чикаго, согласно новой статье, опубликованной в журнале Nature.
Как выглядит атом на самом деле
Последние 12 лет ученые работали над разработкой рентгеновской версии сканирующей туннельной микроскопии (STM): синхротронной рентгеновской сканирующей туннельной микроскопии, или SX-STM, которая позволила бы ученым идентифицировать тип атома и его химическое состояние.
Методы рентгеновской визуализации, такие как синхротронное излучение, широко используются во множестве дисциплин, включая искусство и археологию. Но наименьшее количество на сегодняшний день, которое можно просвечивать рентгеном, — это 1 аттограмм, или примерно 10 000 атомов. Это потому, что рентгеновское излучение отдельного атома слишком слабо, чтобы его можно было обнаружить — по крайней мере, так был до сих пор.
SX-STM сочетает в себе традиционное синхротронное излучение с квантовым туннелированием. Он заменяет обычный рентгеновский детектор, используемый в большинстве экспериментов с синхротронным излучением, детектором другого типа: острый металлический наконечник, расположенный очень близко к образцу, позволяющий лучше собирать электроны, переведенные в возбужденное состояние рентгеновскими лучами.
В этом методе рентгеновские лучи попадают на образец и возбуждают электроны ядра, которые затем туннелируют к наконечнику детектора. Фотопоглощение электронов ядра служит своего рода элементарным отпечатком пальца для идентификации типа атомов в материале. Команда протестировала свой метод на линии XTIP beam line в Аргоннском усовершенствованном источнике фотонов, используя атом железа и атом тербия (вставленные в супрамолекулы, которые служили хозяевами).