Исследовательская группа под руководством Университета Лидса в сотрудничестве с коллегами из Университета Сорбонны в Париже, Франция, впервые показала, что можно разработать диагностический метод, слабо связанный с идеей камертона.
Камертон издает фиксированный тон при приложении к нему энергии – в том случае, когда по нему ударяют. Но если вилку как-то переделать, она расстраивается: меняется тон.
Метод, используемый исследовательской группой, включает стрельбу пучком электронов по отдельному атому в твердом теле.
Этот энергетический поток заставляет его и окружающие его атомы вибрировать.
Это создает уникальный отпечаток вибрационной энергии, похожий на фиксированный тон камертона, который можно зарегистрировать с помощью электронного микроскопа. Но если присутствует примесь одного атома, другой химический элемент, например, отпечаток вибрационной энергии этой примеси изменится: материал будет “ звучать ” по-другому в этом точном месте.
Исследование открывает возможность того, что ученые смогут контролировать материалы на предмет атомных примесей.
Результаты исследования вибрационной спектроскопии одиночного атома в сканирующем электронном микроскопе опубликованы сегодня (5 марта) в журнале Science.
Квентин Рамасс, профессор современной электронной микроскопии в Лидсе, который руководил проектом, сказал: «Теперь у нас есть прямые доказательства того, что отдельный« посторонний »атом в твердом теле может изменять свои колебательные свойства в атомном масштабе.
"Это предсказывалось десятилетиями, но не было экспериментальной техники, позволяющей непосредственно наблюдать эти колебательные изменения.
Мы впервые смогли показать, что вы можете записать сигнатуру дефекта с атомарной точностью."
Исследователи использовали лабораторию SuperSTEM, Национальный исследовательский центр Великобритании по передовой электронной микроскопии, поддерживаемый Советом по инженерным и физическим исследованиям (EPSRC).
В этом учреждении находятся одни из самых передовых в мире объектов для исследования атомной структуры материи, и он управляется под эгидой академического консорциума во главе с Университетом Лидса (включая также Оксфордские университеты, Йорк, которые принимали участие в этом исследовании). проект, а также Манчестер, Глазго и Ливерпуль).
Ученые обнаружили единственный примесный атом кремния в большом кристалле графена (форма углерода толщиной всего в один атом), а затем сфокусировали луч своего электронного микроскопа прямо на этот атом.
Профессор Рамасс сказал: «Мы поражаем его электронным лучом, который заставляет атом кремния двигаться или вибрировать, поглощая при этом часть энергии входящего пучка электронов – и мы измеряем количество энергии, которое поглощается."
Анимация схематически иллюстрирует, как кремний вибрирует и как эта вибрация начинает влиять на соседние атомы, и вдохновлена обширными теоретическими расчетами команды доктора Гийома Радтке из Университета Сорбонны, которая участвовала в этом проекте.
«Колебательный отклик, который мы наблюдаем, уникален тем, как этот конкретный атом кремния расположен в решетке графена», – добавил д-р Радтке. «Мы могли предсказать, как его присутствие повлияет на окружающую сеть атомов углерода, но эти эксперименты представляют собой настоящее техническое достижение, потому что теперь мы можем измерить с атомарной точностью такое тонкое изменение."
Оборудование для исследований и электронной микроскопии финансировалось Советом по инженерно-физическим исследованиям.