Niezwykle dokładna spektroskopia EDX

Japońscy naukowcy jako pierwsi na świecie wykryli pojedyncze atomy z wykorzystaniem spektroskopii rentgenowskiej. Praca ta jest ważnym krokiem w kierunku badania oraz charakteryzacji nanostruktur i urządzeń przy użyciu promieniowania rentgenowskiego.

Dotychczas przeprowadzane prace badawcze koncentrowały się na wykrywaniu pojedynczych atomów przy użyciu spektroskopii strat energii elektronów (EELS) (ang. electron energy-loss spectroscopy). Technika EELS może być jednak stosowana tylko w przypadku wybranych materiałów, ponieważ zastosowana w tej metodzie wiązka wysokoenergetycznych elektronów może powodować nieodwracalne uszkodzenia badanych próbek. Ograniczeniem tej metody jest również trudność wykrywania atomów metali szlachetnych, takich jak złoto czy platyna, które to występują w śladowych ilościach w meteorytach, klastrach katalitycznych czy też w lekach przeciwnowotworowych.

Spektroskopia EDX – „okno” na pojedyncze atomy

Chociaż inna technika – spektroskopia dyspersji energii promieniowania rentgenowskiego (EDX) (ang. energy – dispersive X-ray spectroscopy) stanowi dobrą metodę charakteryzowania szerokiej gamy materiałów, naukowcy niechętnie jednak wykorzystują ją do wykrywania pojedynczych atomów, ze względu na trudność uzyskania dobrej jakości widma fotoemisji. Grupie naukowców kierowanej przez Kazu Suenaga z Nanotube Research Center at AIST w Tsukubie udało się jednak rozwiązać wspomniany problem. Wykorzystując zaawansowaną aparaturę służącą do wzbudzania i detekcji promieniowania rentgenowskiego, udało im się wykryć pojedyncze atomy erbu.

Metalofulereny

Suenaga wraz ze współpracownikami badali metalofulereny, czyli fulereny (jedna z alotropowych odmian węgla przypominająca kształtem piłkę nożną) z uwięzionymi w środku atomami metali, w szczególności fulereny z atomami erbu (Er@C₈₂). Obiekty takie charakteryzują się uporządkowaną strukturą, w której każdy atom metalu odseparowany jest od swojego sąsiada o około 1 nm. Takie ułożenie atomów sprawia. że mogą być one z łatwością rozróżniane w widmach promieniowania X. Wyniki zebrane przez zespół Suenagi zostały uzyskane dzięki zastosowaniu wiązki elektronów zogniskowanej do rozmiaru kilku angstremów (1 Å = 10^-10 m). Elektrony wzbudzały pojedyncze atomy erbu, aby te mogły emitować fotony promieniowania X. Promieniowanie to było następnie wykrywane dzięki użyciu specjalnie do tego celu skonstruowanego wielkogabarytowego (o powierzchni około 100 mm²) detektora krzemowego.

„Promienie rentgenowskie są zazwyczaj emitowane we wszystkich kierunkach, więc normalnej wielkości detektor nie spełnia dobrze swojego zadania, ponieważ „zbiera” tylko kilka procent promieniowania docierającego do jego powierzchni”, powiedział Suenaga. „Skonstruowany przez nas detektor poprawił znacznie efektywność detekcji promieniowania X co najmniej kilkukrotnie”, dodał.

Artykuł pochodzi ze strony: physicsworld.com