La primera radiografía del mundo de un solo átomo.

Pensar en las radiografías puede provocar recuerdos de huesos rotos o revisiones dentales. Pero esta luz extremadamente energética no sólo puede mostrarnos nuestros huesos: también se utiliza para estudiar el mundo molecular, incluso las reacciones bioquímicas en tiempo real. Un problema, sin embargo, es que hasta ahora los investigadores nunca han podido estudiar un solo átomo con rayos X.

Los científicos pudieron caracterizar un solo átomo mediante rayos X. No solo pudieron distinguir el tipo de átomos que estaban viendo (había dos diferentes), sino que también pudieron estudiar el comportamiento químico que mostraban estos átomos. .

“Los átomos normalmente se pueden fotografiar con microscopios de sonda de barrido, pero sin rayos X no es posible saber de qué están hechos. Ahora podemos detectar exactamente el tipo de un átomo en particular, un átomo a la vez, y podemos medir simultáneamente su estado químico», dijo el autor principal, el profesor Saw Wai Hla, de la Universidad de Ohio y el Laboratorio Nacional Argonne de la ONU. declaración.

“Una vez que seamos capaces de hacer esto, podremos rastrear materiales hasta el límite último de un solo átomo. Esto tendrá un gran impacto en las ciencias médicas y ambientales y tal vez incluso encuentre una cura que pueda tener un gran impacto para la humanidad. Este descubrimiento transformará el mundo».

El trabajo logró rastrear un átomo de hierro y un átomo de terbio, elemento que forma parte de los llamados metales de tierras raras. Ambos fueron insertados en sus respectivos huéspedes moleculares. Un detector de rayos X convencional se complementó con uno especial. Este último tenía una punta metálica afilada especializada que debía colocarse muy cerca de la muestra para recoger los electrones excitados por la

«También detectamos 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 sus respectivos huéspedes moleculares, encontramos que el átomo de terbio, un metal de tierras raras, está bastante aislado y no cambia su estado químico mientras que el átomo de hierro interactúa fuertemente con sus alrededores.»

La señal vista por el detector se ha comparado con las huellas dactilares. Permite a los investigadores comprender la composición de una muestra, así como estudiar sus propiedades físicas y químicas. Esto podría ser fundamental para mejorar el rendimiento y la aplicación de una variedad de materiales comunes y no tan comunes.

«La técnica utilizada y el concepto demostrado en este estudio han abierto nuevas vías en la ciencia de los rayos X y los estudios a nanoescala», dijo Tolulope Michael Ajayi, primer autor del artículo y que está llevando a cabo este trabajo como parte de su tesis doctoral. . “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 oligoelementos en la investigación médica y ambiental, por nombrar algunas. Este resultado también allana el camino para la instrumentación avanzada para la ciencia de materiales».

El estudio se publica en la revista. Naturaleza.

Una versión anterior de este artículo fue publicada en mayo 2023.