أول أشعة سينية في العالم لذرة واحدة

قد يؤدي التفكير في الأشعة السينية إلى إثارة ذكريات العظام المكسورة أو فحوصات الأسنان. لكن هذا الضوء النشط للغاية يمكن أن يظهر لنا أكثر من مجرد عظامنا: فهو يستخدم أيضًا لدراسة العالم الجزيئي، وحتى التفاعلات الكيميائية الحيوية في الوقت الفعلي. لكن إحدى المشكلات هي أن الباحثين لم يتمكنوا أبدًا من دراسة ذرة واحدة باستخدام الأشعة السينية. الى الآن.

لقد تمكن العلماء من توصيف ذرة واحدة باستخدام الأشعة السينية. لم يتمكنوا فقط من تمييز نوع الذرات التي كانوا يرونها (كان هناك ذرتان مختلفتان)، لكنهم تمكنوا أيضًا من دراسة السلوك الكيميائي الذي كانت تظهره هذه الذرات.

“يمكن تصوير الذرات بشكل روتيني باستخدام مجاهر المسح الضوئي، ولكن بدون الأشعة السينية، لا يمكن للمرء معرفة مما تتكون هذه الذرات. وقال كبير الباحثين البروفيسور ساو واي هلا، من جامعة أوهايو ومختبر أرجون الوطني: “يمكننا الآن اكتشاف نوع ذرة معينة بالضبط، ذرة واحدة في كل مرة، ويمكننا قياس حالتها الكيميائية في نفس الوقت”. أ إفادة.

“بمجرد أن نكون قادرين على القيام بذلك، يمكننا تتبع المواد وصولا إلى الحد النهائي لذرة واحدة فقط. سيكون لهذا تأثير كبير على العلوم البيئية والطبية وربما يتم العثور على علاج يمكن أن يكون له تأثير كبير على البشرية. وهذا الاكتشاف سيغير العالم.”

وتمكن العمل من تتبع ذرة حديد وذرة تيربيوم، وهو عنصر يعد جزءًا مما يسمى بالمعادن الأرضية النادرة. تم إدراج كلاهما في مضيفيهما الجزيئيين. تم استكمال كاشف الأشعة السينية التقليدي بكاشف خاص إضافي. كان لهذا الأخير طرف معدني حاد متخصص يجب وضعه بالقرب من العينة لتجميع الإلكترونات المثارة بالأشعة السينية. ومن خلال القياسات التي جمعها الطرف، تمكن الفريق من معرفة ما إذا كان الحديد أم التيربيوم، وهذا ليس كل شيء.

وأوضح هلا: “لقد اكتشفنا الحالات الكيميائية للذرات الفردية أيضًا”. “وبمقارنة الحالات الكيميائية لذرة الحديد وذرة التيربيوم داخل المضيفين الجزيئيين نجد أن ذرة التيربيوم، وهو معدن ترابي نادر، معزولة إلى حد ما ولا تغير حالتها الكيميائية بينما تتفاعل ذرة الحديد بقوة مع ذراتها. المحيط.”

تمت مقارنة الإشارة التي شاهدها الكاشف ببصمات الأصابع. ويتيح للباحثين فهم تركيب العينة، وكذلك دراسة الخصائص الفيزيائية والكيميائية لها. قد يكون هذا أمرًا بالغ الأهمية لتحسين الأداء وتطبيق مجموعة متنوعة من المواد الشائعة وغير الشائعة.

قال تولولوب مايكل أجايي، وهو المؤلف الأول للورقة البحثية ويقوم بهذا العمل كجزء من أطروحته للدكتوراه: “إن التقنية المستخدمة والمفهوم الذي تم إثباته في هذه الدراسة، فتح آفاقًا جديدة في علوم الأشعة السينية ودراسات النانو”. “وأكثر من ذلك، فإن استخدام الأشعة السينية لكشف وتوصيف الذرات الفردية يمكن أن يحدث ثورة في الأبحاث ويولد تقنيات جديدة في مجالات مثل المعلومات الكمومية والكشف عن العناصر النزرة في البحوث البيئية والطبية، على سبيل المثال لا الحصر. ويفتح هذا الإنجاز أيضًا الطريق أمام أدوات علوم المواد المتقدمة.

يتم نشر الدراسة في المجلة طبيعة.

تم نشر نسخة سابقة من هذه المقالة في مايو 2023.