دانشمندان برای اولین بار موفق به ثبت اشعه ایکس از یک اتم تنها شدند

تیمی از دانشمندان دانشگاه «اوهایو» موفق شدند برای اولین بار اشعه ایکس یک اتم تنها را ثبت کنند. این دستاورد پیشگامانه می‌تواند دانش ما از اتم‌ها را دچار تحول کند.

یکی از کاربردهای مهم پرتو ایکس در علم، شناسایی نوع مواد در یک نمونه است. در طول سال‌ها، به لطف توسعه منابع اشعه ایکس سینکروتون و ابزارهای جدید، مقدار مواد مورد نیاز در یک نمونه برای تشخیص اشعه ایکس کاهش یافته است که خود پیشرفت بزرگی محسوب می‌شود.

امروزه پیشرفت تجهیزات به ما اجازه داده‌اند تا بتوانیم به نمونه‌های یک اتوگرم که شامل ده هزار اتم یا بیشتر است، اشعه ایکس بتابانیم و آن را مطالعه کنیم. این محدودیت از آنجا ناشی می‌شود که پرتو ایکس تولید شده توسط یک اتم بسیار ضعیف است و کارکرد با آن در مطالعه اتم‌ها دشوار است.

اتم‌ها را می‌توان به‌طور معمول با میکروسکوپ‌های قدرتمند تصویربرداری کرد و مورد مطالعه قرار داد، اما بدون اشعه ایکس نمی‌توان تشخیص داد آن‌ها از چه چیزی ساخته شده‌اند. «Saw Wai Hla» استاد فیزیک دانشگاه اوهایو و همکارانش حالا موفق شده‌اند از یک اتم تنها در یک لحظه خاص تصویربرداری کرده و ویژگی‌های آن را اندازه‌گیری کنند.

در این آزمایش دانشمندان یک اتم آهن و یک اتم تربیوم را در یک میزبان مولکولی قرار دادند - میزبان‌های مولکولی ساختارهای معدنی و پیچیده هستند که می‌توانند اتم‌ها را در میان ساختارهای بلوری خود جای دهند. برای آنکه بتوان پرتو ایکس یک اتم تنها را شناسایی کرد، دانشمندان باید آشکارساز اشعه ایکس معمولی را اندکی تغییر می‌دادند.

آن‌ها از آلیاژ به خصوصی در قسمت نوک تیز ساختار آشکارساز استفاده کردند که در نزدیکی نمونه قرار می‌گیرد. این ساختار نوک تیز با جنس خاص خود می‌تواند الکترون‌های برانگیخته پرتو ایکس از اتم مورد نظر را جمع‌آوری کند. طیف‌سنج پرتو ایکس با جذب نوری الکترون‌های سطح هسته می‌تواند نوع عنصری که اشعه ایکس را تابش کرده است، تشخیص دهد.

طیف‌ها همانند اثر انگشت هر عنصر هستند و بنابراین می‌توان فهمید طیف تولید شده متعلق به کدام عنصر است.

مقاله مطالعاتی آن‌ها در اواخر اردیبهشت ماه 1402 در مجله معتبر علمی «Nature» به چاپ رسید. در این مقاله توضیح داده شده است آن‌ها چطور از یک دستگاه سینکروتون در خط پرتو «XTIP» منبع فوتون پیشرفته در مرکز مواد و نانو آزمایشگاه ملی آرگون استفاده کرده‌اند تا بتوانند این آزمایش را با موفقیت انجام دهند.

اشعه ایکس در سال 1895 توسط فردی به نام «رونتگن» کشف شد و تاکنون در زمینه‌های مختلفی از جمله معاینات پزشکی و مسائل امنیتی در فرودگاه‌ها مورد استفاده قرار گرفته است. حتی مریخ‌نورد «کنجکاوی» ناسا نیز برای آنکه بتواند ترکیب شیمیایی سنگ‌های مریخی را دریابد، به پرتو ایکس مجهز شده است.

جالب است بدانید اینکه دانشمندان بتوانند یک اتم تنها را با اشعه ایکس مورد مطالعه قرار دهند، از آرزوهای دیرینه آن‌ها بوده است.