Необычный снимок: как рентген показал поведение атома

Можно ли заглянуть внутрь отдельного атома — буквально, как через рентген? До недавнего времени это казалось невозможным. Но теперь физики сделали то, что раньше считалось научной фантастикой: они получили рентгеновское изображение одиночного атома.

Атом под рентгеном: что это значит

Специалистам удалось рассмотреть атомы железа и тербия в рентгеновском свете. Это не просто красивые картинки — новый метод позволяет изучать химическое состояние и поведение отдельных атомов в молекулярной среде. Такой уровень детализации открывает путь к исследованиям на атомарном уровне, о которых раньше можно было только мечтать.

Как это сделали

Ранее ученые уже получали изображения отдельных атомов с помощью электронных микроскопов. Первая такая "фотография" атома водорода была сделана в 2008 году. Позже удалось заглянуть даже внутрь атома — вплоть до его электронных орбиталей. Но теперь они пошли дальше: удалось сделать рентгеновский "снимок" с уникальной точностью.

Новая технология SX-STM

Для этого команда под руководством профессора Со-Вай Хла из Университета Огайо разработала и испытала метод SX-STM — синхротронной рентгеновской сканирующей туннельной микроскопии.

Ключевое отличие в том, что образец просвечивается рентгеновским лучом, а рядом находится металлический зонд, улавливающий изменение туннельного тока, когда электроны внутри атома возбуждаются под действием фотонов.

Почему это важно

"Мы можем определять вид одного конкретного атома и одновременно его химическое состояние. Это позволит изучать материалы с атомарным разрешением", — объясняет профессор Хла.

Во время эксперимента атомы тербия и железа были закреплены в центре супрамолекулярных структур, играющих роль "штатива". Такой подход позволил сравнить поведение атомов в разных условиях.

Что показали результаты

Ученые обнаружили, что тербий ведет себя как одиночка: он почти не взаимодействует с окружающей средой. А вот железо, наоборот, активно вступает в химические связи. Это открытие может изменить подход к проектированию новых материалов, особенно в области нанотехнологий и квантовых устройств.

Уточнения

А́том (от др.-греч. ἄτομος "неделимый, неразрезаемый") — частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его химических свойств.