Realizan la primera radiografía del mundo de un solo átomo

Pensar en radiografías puede desencadenar recuerdos de huesos rotos o revisiones dentales. Pero esta luz extremadamente energética puede mostrarnos mucho más que nuestros huesos: también se utiliza para estudiar el mundo molecular, incluso las reacciones bioquímicas en tiempo real. Sin embargo, un problema es que los investigadores nunca han podido estudiar un solo átomo con rayos X. Hasta ahora.

Los científicos pudieron caracterizar un solo átomo usando 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 tenían estos átomos. demostración.

“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 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, en un comunicado. declaración.

“Una vez que seamos capaces de hacer eso, podemos rastrear los materiales hasta el límite último de un solo átomo. Esto tendrá un gran impacto en las ciencias ambientales y médicas y tal vez incluso encuentre una cura que pueda tener un gran impacto en 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 han sido insertados en sus respectivos huéspedes moleculares. Un detector de rayos X convencional se ha complementado con uno extra especial. Este último tenía una punta de metal afilada especializada que debía colocarse muy cerca de la muestra para recolectar los electrones excitados por los rayos X. A partir de las medidas tomadas por la punta, el equipo pudo determinar si era hierro o terbio, y más.

«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 comparó 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 menos comunes.

«La técnica utilizada y el concepto demostrado en este estudio han abierto nuevos caminos en la ciencia de los rayos X y los estudios a nanoescala», dijo Tolulope Michael Ajayi, primer autor del artículo y que realiza 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 generar nuevas tecnologías en áreas como la información cuántica y la detección de elementos traza en la investigación médica y ambiental, por nombrar algunas. Este logro también allana el camino para la instrumentación avanzada para la ciencia de los materiales».

El estudio se publica en la revista Naturaleza.