5月 24, 2024

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世界初の単一原子のX線撮影

世界初の単一原子のX線撮影

X線写真のことを考えると、骨折や歯科検査のことを思い出すかもしれません。 しかし、この非常に活性な光は骨だけでなく、分子の世界や生化学反応をリアルタイムで研究するためにも使用されます。 しかし、問題の 1 つは、研究者が X 線を使用して単一の原子を研究できたことがないことです。 これまでのところ。

科学者は、X 線を使用して単一原子の特徴を明らかにすることができました。 彼らは、観察している原子の種類 (2 つの異なる原子があった) を区別できるだけでなく、これらの原子が示している化学的挙動を研究することもできました。

「原子は走査型顕微鏡を使用して日常的に画像化できますが、一度に 1 つずつではなく、それらの化学状態を同時に測定できます。」 声明

「これが可能になれば、たった 1 つの原子の最終限界まで物質を追跡できるようになります。これは環境科学と医学に多大な影響を及ぼし、おそらく人類に多大な影響を与える可能性のある治療法が発見されるでしょう。」この発見は世界を変えるでしょう。」

テルビウム原子が各構造の中心にある、テルビウム分子の超分子集合体の走査型トンネル顕微鏡。

画像クレジット: Ajayi et al.、Nature、2023

この研究では、鉄原子と、いわゆるレアアース金属の一部である元素であるテルビウム原子を追跡することができた。 どちらも分子ホストに挿入されます。 従来のX線検出器に専用の検出器を追加しました。 後者は、X 線で励起された電子を収集するためにサンプルの近くに配置する必要がある特殊な鋭い金属チップを備えていました。 調査団が集めた測定結果から、研究チームはそれが鉄なのかテルビウムなのかを特定することができたが、それだけではない。

「個々の原子の化学状態も発見しました」とハラ氏は説明した。 「分子ホスト内の鉄原子とテルビウム原子の化学状態を比較すると、希土類金属であるテルビウム原子はかなり孤立しており、その化学状態が変化しない一方、鉄原子はその原子と強く相互作用していることがわかります。 。 海。”

ルビジウム原子

6 つのルビジウム原子と 1 つの鉄原子を含む超分子集合体の画像。

画像クレジット: Ajayi et al.、Nature、2023

検出器で観測された信号は指紋と比較されました。 これにより、研究者はサンプルの組成を理解し、その物理的および化学的特性を研究することができます。 これは、さまざまな一般的および非一般的な材料のパフォーマンスとアプリケーションを向上させるために非常に重要です。

「この研究で実証された技術と概念は、X線科学とナノスケール研究に新たな地平を切り開きました」と、この論文の筆頭著者であり、博士論文の一部としてこの研究を行っているTolulope Michael Ajayi氏は述べた。 「さらに、X 線を使用して個々の原子を検出および特性評価することは、研究に革命をもたらし、環境研究や医学研究における量子情報や微量元素検出などの分野で新しい技術を生み出す可能性があります。この成果は、新しい分野への道も開きます。」科学ツール。」

研究は雑誌に掲載されます 自然

この記事の前のバージョンは、 2023年5月

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