ا
لعالم أولاً: العلماء ينجحون في إجراء أول أشعة سينية لذرة واحدة!
تتكون الذرة من نواة تنجذب حولها الإلكترونات. الاعتمادات: إيغور باتراكوف / شاترستوك
باحثون حققوا العالم الأول: الأشعة السينية لذرة واحدة! لهذا ، ابتكروا بشكل خاص تقنية جديدة تعتمد ، من بين أمور أخرى ، على الأشعة السينية ، وهي المجهر المجهري للأشعة السينية السينكروترونية أو SX-STM الذي يجعل من الممكن فهم سلوك الإلكترونات في الذرات بشكل أفضل.
أول أشعة سينية لذرة واحدة! وفقًا لدراسة نُشرت في مجلة Nature ، كشف فريق من العلماء من الجامعات الأمريكية في أوهايو وإلينوي-شيكاغو ومختبر أرجون الوطني للتو عن صورة مذهلة لذرة واحدة. لقد حققوا هذا العمل الفذ باستخدام أداة أساسية في العديد من المجالات الطبية والعلمية. إنها أشعة سينية!
تقدم ثوري في أشعة سينية أحادية الذرة
الذرات هي أصغر أجزاء الجسم البسيط. إنها تشكل جميع المواد الصلبة والسائلة والغازية التي تحيط بنا. نحن أنفسنا مكونون من ذرات. هذه الجسيمات الذرية صغيرة للغاية. على سبيل المثال ، يُقدَّر قطر ذرة الهيدروجين بـ 0.5 × 10-10 متر ، أي أصغر بمليون مرة تقريبًا من قطر شعرة الإنسان. ونواة الذرة أصغر بحوالي 100،000 مرة من الذرة نفسها. بعبارة أخرى ، فإن مراقبة الذرات أمر صعب للغاية!
اكتشف الفيزيائي فيلهلم رونتجن (1845-1923) الأشعة السينية في عام 1895. هذا هو الإشعاع الكهرومغناطيسي عالي التردد. يتكون من فوتونات ذات طاقة تتراوح من مائة فولت (الكترون فولت) إلى عدة ملايين إلكترون فولت (إلكترون فولت). تتميز الأشعة السينية بقدرتها على المرور عبر المادة أثناء امتصاصها جزئيًا. هذا الامتصاص هو دالة لكثافة المادة التي يتم عبورها وطاقة الأشعة السينية التي تعبرها. تطبيقات الأشعة السينية عديدة. يتم استخدامها في التصوير الطبي وعلم البلورات والفيزياء الفلكية.
لذلك يمكن نظريًا استخدام الأشعة السينية لتصوير الذرات بالأشعة. ومع ذلك ، حتى الآن ، فإن الإشارة التي تنتجها ذرة مفردة عبر الأشعة السينية ضعيفة للغاية ويصعب تمييزها عن ضوضاء الخلفية. لكن الباحثين نجحوا بالفعل في استخدام الأشعة السينية للأشعة السينية لمجموعة من 10000 ذرة.
حقق الباحثون الأمريكيون للتو إنجازًا حقيقيًا من خلال النجاح لأول مرة في العالم في تصوير ذرة واحدة بالأشعة السينية!
الفحص المجهري للمسح النفقي بالأشعة السينية السنكروترون
لتوصيف المادة بالأشعة السينية ، من الضروري أن يكون لديك عدد كبير من الذرات. منذ عدة سنوات ، يحاول الباحثون تقليل هذه الكمية من خلال تطوير تقنيات مثل مصادر الأشعة السينية السنكروترونية. وقد أتاحت هذه الصور التصوير الشعاعي لكمية تقابل 10000 ذرة مذكورة أعلاه في هذه المقالة.
بعض المجاهر ، التي تسمى مجاهر مسبار المسح ، تسمح بالفعل بتصوير الذرات الفردية اليوم. للقيام بذلك ، يتم رسمها على سطح المادة باستخدام طرف دقيق للغاية.
تتيح التقنية الجديدة المطورة باستخدام الأشعة السينية تقدمًا كبيرًا في تحديد نوع الذرة المفردة وحتى حالتها الكيميائية. تطلب تطوير هذه التقنية 12 عامًا من العمل. يطلق عليه الفحص المجهري لمسح الأنفاق بالأشعة السينية السنكروترون أو SX-STM. أما بالنسبة إلى كاشف الأشعة السينية التقليدي ، فقد تم استبداله بنقطة معدنية حادة للغاية مما يسمح بالاقتراب من العينة.
إنها تقنية تصوير تجمع بين الحساسية الكيميائية والمغناطيسية والهيكلية للأشعة السينية والقدرة المذهلة على الفحص المجهري للمسبار. تُستخدم هذه التقنية بشكل أساسي لتصوير وتوصيف المواد بمقياس نانومتر.
مبدأ هذه الطريقة على النحو التالي. تتأثر الإلكترونات الأقرب إلى نواة الذرة بتدفق الأشعة السينية ، ثم تبعث هذه الإلكترونات المثارة بصمة فريدة تسمى طيف الامتصاص. هذا الأخير يجعل من الممكن تحديد نوع العنصر الكيميائي الموجود في المادة.
القدرة على التنبؤ بسلوك الإلكترونات في الذرات
التسمية التوضيحية: في هذا الفيديو ، اكتشف مبدأ مجهر المسح النفقي.
ائتمانات: The Blob / YouTube
لا يمكن اكتشاف الإشارة إلا عندما يكون طرف جهاز الكشف عن المعادن فوق الذرة المراد دراستها وأقرب ما يمكن إليها. لذلك فهذه طريقة كشف موضعية على المستوى الذري.
قام فريق البحث بعمل هذه الأشعة السينية لذرة واحدة. لهذا ، استخدمت عنصرين كيميائيين معدنيين: الحديد (Fe) والتيربيوم (Tb). تتوافق أطياف الامتصاص التي تم الحصول عليها تمامًا مع ذرات الحديد والتيربيوم.
استخدم الباحثون أيضًا تقنية أخرى تسمى X-ERT resonance أو "X-ray Excited resonance tunneling". تجعل هذه التقنية من الممكن دائمًا ، بفضل الأشعة السينية السنكروترونية ، الكشف عن الطريقة التي يتم بها توجيه المدارات الذرية لجميع الذرات المكونة للجزيء على سطح المادة. من خلال معرفة اتجاه المدارات الذرية ، والتي تمثل احتمال وجود إلكترون في منطقة معينة حول النواة الذرية ، يمكن للعلماء التنبؤ بسلوك الإلكترونات.
استخدم الباحثون هاتين التقنيتين للكشف عن بصمة الأشعة السينية لذرة مفردة. وبالتالي ، فقد مهدوا الطريق لأبحاث جديدة مثيرة في العديد من المجالات مثل الخصائص الكمومية والخصائص المغناطيسية للذرات الفردية.
المصدر:مواقع ألكترونية
لعالم أولاً: العلماء ينجحون في إجراء أول أشعة سينية لذرة واحدة!
تتكون الذرة من نواة تنجذب حولها الإلكترونات. الاعتمادات: إيغور باتراكوف / شاترستوك
باحثون حققوا العالم الأول: الأشعة السينية لذرة واحدة! لهذا ، ابتكروا بشكل خاص تقنية جديدة تعتمد ، من بين أمور أخرى ، على الأشعة السينية ، وهي المجهر المجهري للأشعة السينية السينكروترونية أو SX-STM الذي يجعل من الممكن فهم سلوك الإلكترونات في الذرات بشكل أفضل.
أول أشعة سينية لذرة واحدة! وفقًا لدراسة نُشرت في مجلة Nature ، كشف فريق من العلماء من الجامعات الأمريكية في أوهايو وإلينوي-شيكاغو ومختبر أرجون الوطني للتو عن صورة مذهلة لذرة واحدة. لقد حققوا هذا العمل الفذ باستخدام أداة أساسية في العديد من المجالات الطبية والعلمية. إنها أشعة سينية!
تقدم ثوري في أشعة سينية أحادية الذرة
الذرات هي أصغر أجزاء الجسم البسيط. إنها تشكل جميع المواد الصلبة والسائلة والغازية التي تحيط بنا. نحن أنفسنا مكونون من ذرات. هذه الجسيمات الذرية صغيرة للغاية. على سبيل المثال ، يُقدَّر قطر ذرة الهيدروجين بـ 0.5 × 10-10 متر ، أي أصغر بمليون مرة تقريبًا من قطر شعرة الإنسان. ونواة الذرة أصغر بحوالي 100،000 مرة من الذرة نفسها. بعبارة أخرى ، فإن مراقبة الذرات أمر صعب للغاية!
اكتشف الفيزيائي فيلهلم رونتجن (1845-1923) الأشعة السينية في عام 1895. هذا هو الإشعاع الكهرومغناطيسي عالي التردد. يتكون من فوتونات ذات طاقة تتراوح من مائة فولت (الكترون فولت) إلى عدة ملايين إلكترون فولت (إلكترون فولت). تتميز الأشعة السينية بقدرتها على المرور عبر المادة أثناء امتصاصها جزئيًا. هذا الامتصاص هو دالة لكثافة المادة التي يتم عبورها وطاقة الأشعة السينية التي تعبرها. تطبيقات الأشعة السينية عديدة. يتم استخدامها في التصوير الطبي وعلم البلورات والفيزياء الفلكية.
لذلك يمكن نظريًا استخدام الأشعة السينية لتصوير الذرات بالأشعة. ومع ذلك ، حتى الآن ، فإن الإشارة التي تنتجها ذرة مفردة عبر الأشعة السينية ضعيفة للغاية ويصعب تمييزها عن ضوضاء الخلفية. لكن الباحثين نجحوا بالفعل في استخدام الأشعة السينية للأشعة السينية لمجموعة من 10000 ذرة.
حقق الباحثون الأمريكيون للتو إنجازًا حقيقيًا من خلال النجاح لأول مرة في العالم في تصوير ذرة واحدة بالأشعة السينية!
الفحص المجهري للمسح النفقي بالأشعة السينية السنكروترون
لتوصيف المادة بالأشعة السينية ، من الضروري أن يكون لديك عدد كبير من الذرات. منذ عدة سنوات ، يحاول الباحثون تقليل هذه الكمية من خلال تطوير تقنيات مثل مصادر الأشعة السينية السنكروترونية. وقد أتاحت هذه الصور التصوير الشعاعي لكمية تقابل 10000 ذرة مذكورة أعلاه في هذه المقالة.
بعض المجاهر ، التي تسمى مجاهر مسبار المسح ، تسمح بالفعل بتصوير الذرات الفردية اليوم. للقيام بذلك ، يتم رسمها على سطح المادة باستخدام طرف دقيق للغاية.
تتيح التقنية الجديدة المطورة باستخدام الأشعة السينية تقدمًا كبيرًا في تحديد نوع الذرة المفردة وحتى حالتها الكيميائية. تطلب تطوير هذه التقنية 12 عامًا من العمل. يطلق عليه الفحص المجهري لمسح الأنفاق بالأشعة السينية السنكروترون أو SX-STM. أما بالنسبة إلى كاشف الأشعة السينية التقليدي ، فقد تم استبداله بنقطة معدنية حادة للغاية مما يسمح بالاقتراب من العينة.
إنها تقنية تصوير تجمع بين الحساسية الكيميائية والمغناطيسية والهيكلية للأشعة السينية والقدرة المذهلة على الفحص المجهري للمسبار. تُستخدم هذه التقنية بشكل أساسي لتصوير وتوصيف المواد بمقياس نانومتر.
مبدأ هذه الطريقة على النحو التالي. تتأثر الإلكترونات الأقرب إلى نواة الذرة بتدفق الأشعة السينية ، ثم تبعث هذه الإلكترونات المثارة بصمة فريدة تسمى طيف الامتصاص. هذا الأخير يجعل من الممكن تحديد نوع العنصر الكيميائي الموجود في المادة.
القدرة على التنبؤ بسلوك الإلكترونات في الذرات
التسمية التوضيحية: في هذا الفيديو ، اكتشف مبدأ مجهر المسح النفقي.
ائتمانات: The Blob / YouTube
لا يمكن اكتشاف الإشارة إلا عندما يكون طرف جهاز الكشف عن المعادن فوق الذرة المراد دراستها وأقرب ما يمكن إليها. لذلك فهذه طريقة كشف موضعية على المستوى الذري.
قام فريق البحث بعمل هذه الأشعة السينية لذرة واحدة. لهذا ، استخدمت عنصرين كيميائيين معدنيين: الحديد (Fe) والتيربيوم (Tb). تتوافق أطياف الامتصاص التي تم الحصول عليها تمامًا مع ذرات الحديد والتيربيوم.
استخدم الباحثون أيضًا تقنية أخرى تسمى X-ERT resonance أو "X-ray Excited resonance tunneling". تجعل هذه التقنية من الممكن دائمًا ، بفضل الأشعة السينية السنكروترونية ، الكشف عن الطريقة التي يتم بها توجيه المدارات الذرية لجميع الذرات المكونة للجزيء على سطح المادة. من خلال معرفة اتجاه المدارات الذرية ، والتي تمثل احتمال وجود إلكترون في منطقة معينة حول النواة الذرية ، يمكن للعلماء التنبؤ بسلوك الإلكترونات.
استخدم الباحثون هاتين التقنيتين للكشف عن بصمة الأشعة السينية لذرة مفردة. وبالتالي ، فقد مهدوا الطريق لأبحاث جديدة مثيرة في العديد من المجالات مثل الخصائص الكمومية والخصائص المغناطيسية للذرات الفردية.
المصدر:مواقع ألكترونية