US-Wissenschaftler haben erstmals Informationen über den Zustand eines einzelnen Atoms erhalten, indem sie Tunnelmikroskopie mit Synchrotron-Röntgenstrahlung kombiniert haben. Mit der neuen Methode können Sie die Art eines bestimmten Atoms zu einem bestimmten Zeitpunkt bestimmen und seinen chemischen Zustand messen. Dies wird in einem Artikel berichtet, der in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde.

Bisher umfasst der kleinste Maßstab, der mit Röntgenstrahlen charakterisiert werden konnte, 10.000 Atome oder mehr. Denn das von den Atomen erzeugte Röntgensignal ist extrem schwach und kann daher mit herkömmlichen Detektoren nicht nachgewiesen werden. Der neue Ansatz zielt darauf ab, die Ströme zu erfassen, die entstehen, wenn Atome mit Röntgenstrahlung bestrahlt werden.

Während des Experiments zielten die Wissenschaftler darauf ab, das Eisenatom und das Terbiumatom in der Zusammensetzung komplexer Verbindungen, also organischer Moleküle, Liganden, an das Metallatom zu binden. Herkömmliche Röntgendetektoren wurden durch einen Detektor ergänzt, der aus einer scharfen Metallspitze bestand, die sich in unmittelbarer Nähe der Probe befand, um durch Synchrotron-Röntgenstrahlen angeregte Elektronen zu sammeln. Diese Technik ist als Synchrotron-Röntgen-Rastertunnelmikroskopie oder SX-STM bekannt.

Es gibt zwei SX-STM-Messmodi: Tunnel und Fernfeld. Im ersten Modus befindet sich die Nadel in einem Abstand von etwa 0,5 Nanometern über der Probe im Tunnelbereich. Im Fernfeldmodus befindet sich die Nadel in einem Abstand von etwa fünf Nanometern von der Probe, also außerhalb der Tunnelzone, und nur die von der Röntgenstrahlung ausgestoßenen Elektronen tragen zu den Messungen bei.

Mit der neuen Methode konnten Wissenschaftler nicht nur die Art der Atome bestimmen, sondern auch ihre chemischen Zustände identifizieren. Es stellte sich heraus, dass das Atom von Terbium, einem Seltenerdmetall, eher isoliert ist und seinen chemischen Zustand nicht ändert, während das Eisenatom eng mit seiner Umgebung interagiert.