Els microscopis més potents ja ens havien donat imatges d'àtoms individuals. Però sense permetre identificar-ne la naturalesa. Per a això, els físics havien de ser capaços de radiografiar-los, radia'ls amb raigs X. Ara és possible.
Els raigs X s'utilitzen als aeroports per escanejar l'equipatge. Però també als hospitals, per detectar ossos trencats. La NASA n'ha equipat el rover Curiosity per permetre'n analitzar la composició de les roques marcianes. És un dels usos més importants dels raigs X avui en dia. Un equip d'investigadors liderat per un físic de la Universitat d'Ohio (Estats Units) acaba de fer un avenç espectacular en aquest àmbit en aconseguir radiografiar un sol àtom.
Cal destacar que, fins ara, la sensibilitat dels instruments no permetia sondar mostres de menys d'un atograma, menys de 10-18 grams. És petit. Però encara representa uns 10.000 àtoms. Entenem millor per què els científics parlen d'un "somni que es fa realitat".
"Aquest descobriment transformarà el nostre món"
"Els àtoms poden veure's en imatges rutinàriament amb microscopis d'escaneig, però sense raigs X no es pot dir de què estan fets. Ara podem detectar exactament el tipus d'un àtom en particular, un àtom alhora, i mesurar simultàniament el seu estat químic", va dir el físic de la Universitat d'Ohio Saw Wai Hla en un comunicat. "Aquesta tecnologia podria revolucionar la investigació i donar lloc a noves tecnologies en àmbits com la informació quàntica i la detecció d'elements traça en la investigació mediambiental i mèdica, per citar-ne alguns", afegeix Tolulope Michael Ajayi, primer autor dels treballs. "És indiscutible, aquest descobriment transformarà el nostre món", afegeix Saw Wai Hla.
Clic a l'imatge per engrandir. Quan els raigs X, en blau, il·luminen un àtom de ferro, en vermell al centre de la molècula, els electrons del nivell central són excitats. Els electrons excitats pels raigs X son immediatament "tunel·litzats" cap a la punta del detector, en gris, mitjançant orbitals atòmics/moleculars superposats, proporcionant informació valuosa sobre l'àtom de ferro. Crèdit: Universitat d'Ohio
Aquesta informació extreta de la primera imatge de raigs X d'un àtom
No menys de dotze anys que el físic porta treballant en el desenvolupament d'aquesta tecnologia. El camí ha estat llarg. Entenem el seu entusiasme.
Els que finalment els investigadors van aconseguir identificar són un àtom de ferro (Fe) i un àtom de terbi (Tb) inserits a les molècules. Tot gràcies a una instal·lació especialment dissenyada per a aquesta òptica. Com que la radiació de raigs X d'un sol àtom és extremadament feble, els investigadors van millorar els detectors existents col·locant una punta metàl·lica molt a prop de la mostra. Per recollir de manera més eficient els electrons excitats pels raigs X. Els científics anomenen la tècnica de microscòpia de túnel d'exploració de sincrotró de raigs X (SX-STM).
Clic a l'imatge per engrandir. Ens emociona compartir la nostra darrera publicació! Us heu preguntat mai quina és la signatura de raigs X d'un sol àtom? Crèdit: Sarah Wiegholf, Nature.
La motivació principal dels investigadors de la Universitat d'Ohio va ser desenvolupar una manera d'entendre amb èxit les propietats químiques i físiques dels materials a nivell fonamental. Basat en un àtom individual. A més d'obtenir la signatura de raigs X d'un àtom, l'objectiu principal era, doncs, utilitzar aquesta tècnica per estudiar l'efecte del medi ambient en un sol àtom de terres rares. "També vam detectar els estats químics dels àtoms individuals", diu Saw Wai Hla. "I comparant els estats químics d'un àtom de ferro i un àtom de terbi dins d'hostes moleculars, trobem que el segon, un metall del grup de terres rares, està bastant aïllat i no canvia d'estat químic mentre que el primer interacciona fortament amb el seu entorn".
Ho he vist aquí.
