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 بكثير من 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 حتى الآن.

تمكن العلماء من توصيف ذرة واحدة باستخدام الأشعة السينية، ولم يتمكنوا فقط من تمييز نوع الذرات التي كانوا يرونها (كانت هناك ذرتان مختلفتان)، لكنهم تمكنوا أيضًا من دراسة السلوك الكيميائي لهذه الذرات.

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

“بمجرد أن نحقق ذلك، سنكون قادرين على تتبع المواد وصولا إلى الحد النهائي لذرة واحدة. سيكون لهذا تأثير كبير على العلوم البيئية والطبية وربما يؤدي إلى علاج يمكن أن يكون له تأثير كبير على البشرية. وهذا الاكتشاف سوف يغير العالم.

وقد أتاح هذا العمل إمكانية تتبع ذرة حديد وذرة تيربيوم، وهو أحد العناصر التي تسمى بالمعادن الأرضية النادرة. تم إدراج كلاهما في مضيفيهما الجزيئيين. تم استكمال كاشف الأشعة السينية التقليدي بكاشف خاص جدًا. وكان للأخير طرف معدني حاد متخصص يجب وضعه بالقرب من العينة لتجميع الإلكترونات المثارة بواسطة الأشعة السينية، وباستخدام القياسات التي تم جمعها بواسطة الطرف، تمكن الفريق من تحديد ما إذا كان حديدًا أم تيربيوم هذا ليس كل شئ.

وأوضح هلا: “لقد اكتشفنا أيضًا الحالات الكيميائية للذرات الفردية”. “بمقارنة الحالات الكيميائية لذرة الحديد وذرة التيربيوم داخل مضيفيهما الجزيئيين، نجد أن ذرة التيربيوم المعدنية الأرضية النادرة معزولة إلى حد ما ولا تتغير حالتها الكيميائية بينما تتفاعل ذرة الحديد بقوة مع الحديد المحيط بها ذرة.

وتمت مقارنة الإشارة التي يتصورها الكاشف ببصمات الأصابع. فهو يسمح للباحثين بفهم تكوين العينة، وكذلك دراسة خصائصها الفيزيائية والكيميائية. قد يكون هذا أمرًا أساسيًا لتحسين أداء وتطبيق مجموعة متنوعة من المواد الشائعة والأقل شيوعًا.

“La technique utilisée et le concept éprouvé dans cette étude ont innové dans la science des rayons X et les études à l'échelle nanométrique”, a déclaré Tolulope Michael Ajayi, premier auteur de l'article et effectuant ce travail dans le cadre de sa أطروحة دكتوراة. “وأكثر من ذلك، فإن استخدام الأشعة السينية لكشف وتوصيف الذرات الفردية يمكن أن يحدث ثورة في الأبحاث ويؤدي إلى ظهور تقنيات جديدة في مجالات مثل المعلومات الكمومية واكتشاف العناصر النزرة في البحوث البيئية والطبية، على سبيل المثال لا الحصر. يمهد هذا الإنجاز أيضًا الطريق أمام أدوات متقدمة في علم المواد.

يتم نشر الدراسة في المجلة طبيعة.

تم نشر نسخة سابقة من هذه المقالة في مايو 2023.