Radiografiar un solo átomo no es tan fácil cómo podría pensarse. De hecho, es un logro que se acaba de conseguir y que puede revolucionar cómo los científicos detectan los materiales y dar origen a nuevas tecnologías en áreas como la información cuántica o la investigación médica.
Un equipo encabezado por la Universidad de Ohio (EE. UU.), encabezado por Saw Wai Hla, describe en Nature este avance y la técnica empleada para logar la primera señal, o firma, de rayos X de un átomo individual.
Cuando los rayos X (color azul) iluminan un átomo de hierro (bola roja en el centro de la molécula), se excitan los electrones del nivel central. A continuación, los electrones excitados por los rayos X pasan por un túnel hasta la punta del detector (color gris) a través de orbitales atómicos/moleculares superpuestos, que proporcionan información elemental y química del átomo de hierro.
Desde su descubrimiento en 1895, los rayos X tienen un amplio uso, desde exámenes médicos a los controles de seguridad en los aeropuertos, e incluso el rover Curiosity, en Marte, está equipado con un aparato de este tipo para examinar la composición de los materiales de las rocas.
Un uso importante en la ciencia es identificar el tipo de materiales de una muestra. Con los años y los avances tecnológicos, como las fuentes de rayos X de sincrotón, se ha reducido considerablemente la cantidad de material necesario para la detección. Hasta la fecha, la cantidad más pequeña que se puede radiografiar de una muestra es en attogramo, (unos 10.000 átomos o más) pues la señal de rayos X producida por un átomo es extremadamente débil.
Detectar átomo por átomo
«Los átomos pueden visualizarse 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 concreto, átomo por átomo, y medir simultáneamente su estado químico», explicó Hla en un comunicado de la Universidad de Ohio.
Mecanismo de rayos X de un solo átomo. (Izquierda) Imagen de una supramolécula en forma de anillo en la que sólo hay un átomo de Fe presente en todo el anillo. (Derecha) Firma de rayos X de un solo átomo de Fe.
Para la demostración, el equipo eligió un átomo de hierro y otro de terbio y usaron una técnica conocida como microscopía de barrido en túnel de rayos X de sincrotrón o SX-STM.
«La técnica utilizada y el concepto demostrado en este estudio abren nuevos caminos en la ciencia de los rayos X y los estudios a nanoescala», afirmó Tolulope Michael Ajayi, otro de los firmantes del estudio.
El uso de rayos X para detectar y caracterizar átomos individuales «podría revolucionar la investigación» y dar origen a nuevas tecnologías en áreas como la información cuántica y la detección de oligoelementos en la investigación medioambiental y médica, agregó.
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