Изображения на атомном уровне появились в середине 1950-х годов и с тех пор стремительно развиваются. В 2008 году физики успешно использовали электронный микроскоп для изображения одного атома водорода. Пять лет спустя ученые смогли заглянуть внутрь атома водорода с помощью "квантового микроскопа", что привело к первому прямому наблюдению электронных орбиталей. И вот теперь мы имеем первый рентгеновский снимок отдельного атома, сделанный учеными из Университета Огайо, Аргонской национальной лаборатории и Университета Иллинойса в Чикаго.

Смотрите также Ученые зафиксировали редкий распад бозона Хиггса, который может изменить наше представление о Вселенной

Что известно

На сегодня наименьшее количество атомов, которое можно просканировать с помощью рентгеновского излучения, составляло около 10 000. Это связано с тем, что рентгеновский сигнал, создаваемый атомом, чрезвычайно слаб. Атомы можно визуализировать с помощью сканирующих зондовых микроскопов, но без рентгеновских лучей невозможно сказать, из чего они состоят.

По этой причине недавнее открытие, когда удалось точно определить тип конкретного атома и одновременно измерить его химическое состояние, считается прорывом. Понимание химического состояния отдельных атомов позволит лучше манипулировать ими внутри различных материалов.


Изображение молекулы в форме кольца и рентгеновская сигнатура одного атома Fe / Фото Университет Огайо

Это будет иметь большое влияние на квантовую информацию, материаловедение, экологические и медицинские науки и, возможно, даже поможет найти лекарства, которые изменят мир,
– говорит руководитель исследования Со Вай Хла, работавший над технологией 12 лет.

Авторы использовали специально созданный синхротронный рентгеновский прибор XTIP Advanced Photon Source. Для демонстрации команда выбрала атом железа и атом тербия внутри молекулы.

Обычные рентгеновские сенсоры дополнили особым сенсором для сбора возбужденных рентгеновским излучением электронов. Рентгеновская спектроскопия запускается фотопоглощением электронов основного уровня, что оставляет отпечатки атомов. По словам Хла, спектры подобны отпечаткам пальцев, каждый из которых уникален и способен точно показать, что за атом перед нами.