В рентгеновских лучах ученые разглядели отдельные атомы железа и тербия. Этот метод даёт возможность узнать о свойствах и химическом состоянии этих элементов, исследуя молекулы и материалы с атомарной точностью.
Первый рисунок отдельного атома — водорода — получилиВ 2008 году при помощи электронного микроскопа. По прошествии нескольких лет учёные смогли рассмотретьДаже внутреннее устройство атома, включающее орбитали его электрона, теперь можно наблюдать с помощью рентгеновских лучей, предоставляющих возможность разглядеть более мелкие детали.
Можно установить тип отдельного атома и его химическое состояние. Это даст возможность исследовать материалы на атомном уровне. объяснилПрофессор из Университета Огайо, Со-Вай Хла, опубликовал статью о своей новой работе. опубликована в журнале Nature.
Для создания изображений атомов применяют сканирующие туннельные микроскопыЭти приборы изучают специально обработаный образец с помощью зонда – микроскопической иглы, на которую подаётся заряд. Электроны отрываются от кончика иглы и проникают между ней и поверхностью образца, образуя ток. Математические расчеты преобразуют характеристики этого тока в визуализированное изображение.
Команда профессора Хла разрабатывает рентгеновскую версию такой системы — «синхротронную рентгеновскую сканирующую туннельную микроскопию» (SX-STM). Для этого образец просвечивают узким рентгеновским лучом, но вместо обычного детектора используют самую тонкую металлическую иглу, максимально приближенную к лучу.
Рентгеновские фотоны переводят электроны в атоме в возбужденное состояние. Это приводит к тому, что электроны оказываются на более высоких орбиталях, что отражается на токе между образцом и иглой, который возникает при туннелировании электронов на нее. В зависимости от состояния атома его электроны несут разную энергию и находятся на разных орбиталях, поглощая фотоны различной длины волны. Это позволяет различить не только сам атом, но и его химическое состояние.
Недавно ученые успешно применили новый метод SX-STM на практике. Для этого был использован рентгеновский источник APL Аргоннской национальной лаборатории, а объектами изучения стали ионы железа и тербия, скоординированные в супрамолекулярном комплексе. Комплекс послужил своеобразным «штативом», в центре которого были «закреплены» атомы.
Учёным удалось выявить химические состояния отдельных атомов. Сравнение этих состояний в различных молекулярных комплексах продемонстрировало, что тербий — редкий землеродный металл — по-прежнему сравнительно изолирован. А вот железо заметно взаимодействует со своим окружением, – резюмировал профессор Хла.