Pháthiệntừngnguyêntửbằng kĩ
thuật tiaX
Các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản là những người đầu tiên thành công
trong việc pháthiện ra từngnguyêntửbằngkĩthuật quang phổ học tia
X. Mặc dù là một kĩthuật khó, nhưng công trình trên là một bước quan
trọng hướng đến việc sử dụng tiaX để nghiên cứu và mô tả đặc trưng
các cấu trúc và dụng cụ cỡ nano.
Nghiên cứu trước đây thuộc lĩnh vực này phần lớn tập trung vào sử
dụng quang phổ học mất năng lượng electron (EELS) để pháthiệntừng
nguyên tử kim loại đất hiếm và các nguyêntử nhẹ như carbon. Tuy
nhiên, EELS chỉ có thể áp dụng cho những nguyên tố nhất định do
những chùm tia năng lượng cao sử dụng trong phương pháp này có thể
làm hỏng mẫu nghiên cứu. Các kim loại trơ, ví dụ như vàng và
platinum, cũng khó pháthiện với độ nhạy cao bằngkĩthuật EELS –một
trở ngại lớn khi dùng nghiên cứu các thiên thạch, cụm xúc tác hay
thuốc kháng ung thư, nơi chỉ một lượng rất nhỏ kim loại trơ được khảo
sát trong bất kì một mẫu cho trước.
Trong khi kĩthuật quang phổ học tiaX phân tán năng lượng (EDX) là
một cách tốt để mô tả đặc trưng hóa học cho nhiều chất liệu đa dạng,
thì các nhà nghiên cứu không thích sử dụng kĩthuật này để pháthiện
các nguyêntử độc thân do những khó khăn liên quan trong việc thu phổ
phát quang tốt. Kazu Suenaga thuộc Trung tâm Nghiên cứu Ống nano
tại AIST ở Tsukuba và các đồng sự tại JEOL Ltd ở Akishima và Đại
học Kyushu ở Fukuoka hiện nay cho biết họ đã sử dụng thành công
EDX để cảm nhận các nguyêntử ernium độc thân nhờ sự kích thích
tiên tiến và thiết bị dò tìm.
Mỗi lồng fullerene (carbon-82) mang một nguyêntử erbium độc thân
và được sắp thẳng hàng bên trong một ống nano. Erbium màu đỏ,
carbon màu xám. (Ảnh: K Suenaga)
Quả đậu metallofullerene
Suenaga và các đồng sự đã nghiên cứu các quả đậu metallofullerene
trong các thí nghiệm của họ và nhất là các quả đậu (Er@C82) – sở dĩ
gọi tên như vậy vì các nguyêntử sắp thành hàng giống như các hạt đậu
trong quả đậu. Mỗi quả đậu gồm một nguyêntử erbium độc thân bên
trong một cái lồng carbon-82, ở trong một ống nano carbon. Ưu điểm
của việc khảo sát một mẫu như vậy là cấu trúc đó có trật tự tốt, với mỗi
nguyên tử kim loại cách láng giềng của nó khoảng 1 nm. Do đó, các
nguyên tử có thể dễ dàng phân biệt bằng quang phổ tiaX thu được.
Đội khoa học đã thu về những kết quả của họ bằng cách sử dụng một
chùm electron tập trung tinh vi (xuống cỡ vài angstrom) để kích thích
các nguyêntử Er độc thân trong một kính hiển vi điện tử để chúng phát
ra các photon tia X. Một máy dò trôi giạt bằng silicon cỡ lớn (khoảng
100 mm
2
) mới được phát triển cũng được sử dụng để thu gom càng
nhiều tiaXtừ mẫu càng tốt.
“Tia X thường được phát ra theo mọi hướng, nên một máy dò cỡ bình
thường bỏ lỡ rất nhiều tia và chỉ thu gom được vài ba phần trăm,”
Suenaga nói. “SSD cỡ lớn mới của chúng tôi tăng đáng kể hiệu suất thu
gom – ít nhất là tăng vài lần,” ông nói.
“Việc có thể tiến hành kĩthuật quang phổ học tiaX trên các nguyêntử
độc thân theo cách này sẽ hỗ trợ rất nhiều trong nghiên cứu quang học
nano,” Suenaga nói.
. Phát hiện từng nguyên tử bằng kĩ
thuật tia X
Các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản là những người đầu tiên thành công
trong việc phát hiện ra từng nguyên tử. nguyên tử bằng kĩ thuật quang phổ học tia
X. Mặc dù là một kĩ thuật khó, nhưng công trình trên là một bước quan
trọng hướng đến việc sử dụng tia X để nghiên