นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโอไฮโอและมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์สามารถรับภาพอันน่าทึ่งของอะตอมเดี่ยวได้จากการใช้เทคโนโลยีเอ็กซ์เรย์ นี้มีรายงานใน ข่าวประชาสัมพันธ์ มหาวิทยาลัยโอไฮโอ
นับตั้งแต่มีการค้นพบรังสีเอกซ์ในช่วงปลายทศวรรษ 1800 รังสีเอกซ์ได้กลายเป็นเครื่องมือสำคัญในหลายสาขา เป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่มีพลังงานสูงมากและมีความยาวคลื่นสั้น และความสามารถในการทะลุผ่านสสารทำให้ลำแสงมีประโยชน์มากสำหรับการถ่ายภาพในทางการแพทย์ วัสดุศาสตร์ โบราณคดี และฟิสิกส์ดาราศาสตร์
อย่างไรก็ตาม วิธีการตรวจจับรังสีเอกซ์แบบดั้งเดิมอาศัยปฏิสัมพันธ์ของรังสีเอกซ์กับอะตอมจำนวนมากในตัวอย่างเพื่อสร้างสัญญาณที่ตรวจจับได้ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าสัญญาณที่ผลิตโดยอะตอมเดี่ยวนั้นอ่อนแอมาก ดังนั้นจึงเป็นการยากที่จะแยกความแตกต่างจากเสียงรบกวนรอบข้าง
มาตรฐานก่อนหน้านี้สำหรับปริมาณรังสีเอกซ์ที่น้อยที่สุดที่สามารถส่องสว่างได้คือ 10 อะตอม และเมื่อเทียบกับมาตรฐานนี้ ความสำเร็จนี้ถือเป็นการปฏิวัติวงการ อาจปฏิวัติวิธีที่นักวิทยาศาสตร์และนักวิจัยค้นพบวัสดุ สำหรับการศึกษา นักวิทยาศาสตร์เลือกอะตอมของธาตุเหล็กและเทอร์เบียม
เครื่องตรวจจับรังสีเอกซ์แบบธรรมดาได้รับการดัดแปลงด้วยปลายโลหะที่แหลมคม ควบคู่กับกล้องจุลทรรศน์อุโมงค์รังสีเอกซ์แบบส่องกราดซินโครตรอน (SX-STEM) ซึ่งใช้เป็นหลักสำหรับการถ่ายภาพระดับนาโนและการจำแนกลักษณะของวัสดุ เพื่อตรวจจับอิเล็กตรอนที่กระตุ้นด้วยรังสีเอกซ์จากแต่ละอะตอม
พูดง่ายๆ ก็คือ SX-STEM ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ใช้รังสีเอกซ์เพื่อดูองค์ประกอบต่างๆ ในวัสดุและทำความเข้าใจองค์ประกอบทางเคมีของวัสดุนั้น สิ่งนี้เกิดขึ้นจากการกระตุ้น (หรือให้พลังงาน) อิเล็กตรอนในนิวเคลียสของอะตอม เมื่ออิเล็กตรอนดูดซับรังสีเอกซ์และถูกกระตุ้น พวกมันจะสร้างลายนิ้วมือที่มีลักษณะเฉพาะ ด้วยรอยประทับนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงกำหนดประเภทขององค์ประกอบที่มีอยู่ในเนื้อหาที่ศึกษา
ทีมงานพบว่าสเปกตรัมการดูดกลืนรังสีเอกซ์เผยให้เห็นลายเซ็นเฉพาะที่สอดคล้องกับอะตอมของธาตุเหล็กและเทอร์เบียม นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์ยังใช้วิธี X-ray resonance tunneling (X-ERT) เพื่อระบุลักษณะสถานะทางเคมีของอะตอมและค้นพบอะตอมของธาตุเหล็กที่โดดเด่น
ที่น่าสนใจคือ นักวิจัยสังเกตเห็นว่าสามารถตรวจจับสัญญาณเอ็กซ์เรย์ได้ก็ต่อเมื่อวางทิปพิเศษไว้ใกล้กับอะตอมเท่านั้น สิ่งนี้ยืนยันว่าการตรวจจับได้รับการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นอย่างมากและมุ่งเน้นไปที่อะตอมที่นักวิจัยสนใจ ทำให้สามารถระบุลักษณะและการวิเคราะห์คุณสมบัติและพฤติกรรมของอะตอมได้อย่างละเอียด
"ความสำเร็จนี้เป็นการรวมรังสีเอ็กซ์เรย์ซินโครตรอนเข้ากับกระบวนการอุโมงค์ควอนตัมเพื่อเปิดเผยลายเซ็นรังสีเอกซ์ของอะตอมเดี่ยว และเปิดสายงานวิจัยที่น่าสนใจมากมาย รวมถึงการศึกษาคุณสมบัติทางควอนตัมและแม่เหล็กของอะตอมเพียงอะตอมเดียวโดยใช้ซินโครตรอนเอ็กซ์เรย์ รังสี" นักวิทยาศาสตร์รายงาน
อ่าน: