Un equipo de científicos de varias instituciones estadounidenses tomó la primera radiografía de un solo átomo (su firma). Desde hace varios años, los investigadores se han centrado en reducir la cantidad de átomos necesarios para detectar la débil señal de rayos X que puede emitir un átomo. Hasta ahora, el número más pequeño de átomos que podían ser radiografiados era del orden de unos 10.000.
“Los átomos se pueden visualizar de forma rutinaria con microscopios de sonda de barrido, pero sin rayos X no se puede saber de qué están hechos. Ahora podemos detectar exactamente el tipo de átomo en particular, un átomo a la vez, y podemos simultáneamente medir su estado químico”, dijo Saw Wai Hla, científico del Laboratorio Nacional de Argonne en los Estados Unidos y uno de los autores principales de este estudio. “Una vez que podamos hacer eso, podremos rastrear los materiales hasta el límite último de un solo átomo. […] Este descubrimiento transformará el mundo”, agregó Hla.
Los especialistas utilizaron un instrumento de rayos X de sincrotrón especialmente diseñado en la línea de luz XTIP de la Fuente Avanzada de Fotones en el Laboratorio Nacional de Argonne. Se eligieron un átomo de hierro y un átomo de terbio. Para encontrar la señal de rayos X, los detectores de rayos X convencionales se complementaron con un detector especializado hecho de una punta de metal afilada colocada muy cerca de la muestra. La técnica se llama microscopía de túnel de barrido de rayos X sincrotrón (SX-STM).
La espectroscopia de rayos X en SX-STM se desencadena por la fotoabsorción de electrones a nivel del núcleo, lo que genera huellas dactilares elementales y es eficaz para localizar directamente el tipo elemental de materiales. El artículo que describe esta investigación fue publicado este miércoles en Nature.
perspectivas de uso
“La técnica utilizada y el concepto probado en este estudio abrió nuevos caminos en la ciencia de los rayos X y los estudios a nanoescala”, dijo Tolulope Michael Ajayi, el primer autor del artículo. “Además, el uso de rayos X para detectar y caracterizar átomos individuales podría revolucionar la investigación y dar lugar a nuevas tecnologías en áreas como la información cuántica y la detección de elementos traza en la investigación médica y medioambiental, por nombrar algunas. Este logro también allana el camino para la instrumentación avanzada de ciencia de materiales”, dijo.
“También hemos detectado los estados químicos de los átomos individuales”, explicó Hla. “Al comparar los estados químicos de un átomo de hierro y un átomo de terbio dentro de los respectivos anfitriones moleculares, encontramos que el átomo de terbio, un metal de tierras raras, está bastante aislado y no cambia su estado químico mientras que el hierro interactúa fuertemente con su entorno. ”, resaltó la especialista.
A través de este descubrimiento, pueden identificar no solo el tipo de elemento, sino también su estado químico, lo que les permite manipular mejor los átomos para satisfacer las necesidades de varios campos. Del mismo modo, han creado un nuevo método llamado ‘Tunelización de resonancia excitada por rayos X’, o X-ERT, que les permite detectar cómo se orientan los orbitales de una sola molécula en una superficie material utilizando rayos X de sincrotrón.
“Este logro conecta los rayos X de sincrotrón con el proceso de tunelización cuántica para detectar la firma de rayos X de un átomo individual y abre muchas direcciones de investigación interesantes, incluida la investigación sobre el espín y las propiedades cuánticas”. [magnéticas] de un solo átomo utilizando rayos X de sincrotrón”, concluyó Hla.
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