Publicado en Nature, un grupo de científicos dirigidos por el profesor de física de la Universidad de Ohio, Saw Wai Hla, ha logrado un hito: capturaron la primera “imagen” de rayos X de un solo átomo, de forma que pudieron estudiar los materiales y sus estados químicos con mayor resolución que nunca.
Tal y como ha explicado Hla en un comunicado para los medios:
Los átomos se pueden visualizar de forma rutinaria con microscopios de sonda de barrido, pero sin rayos X no se puede decir 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.
Hla y los coautores hablan, en esencia, de falta de resolución. Hasta ahora, se podían ver átomos, pero no se podía saber sobre su estado químico en la escala de átomos individuales. Y aquí es donde aparece la técnica con rayos X.
El equipo realizó su experimento en el Advanced Photon Source and the Center for Nanoscale Materials del Argonne National Laboratory. Para ello, cuentan que eligieron un átomo de hierro y un átomo de terbio, ambos insertados en respectivos anfitriones moleculares. Luego, para detectar la señal de rayos X de un átomo, utilizaron una técnica conocida como microscopía de túnel de exploración de rayos X de sincrotrón. Según los autores:
Las capacidades de las fuentes de luz de sincrotrón se han actualizado continuamente para mejorar la resolución y la cantidad mínima de muestra requerida para las mediciones. Hasta ahora, se puede detectar una cantidad de attograma de muestra mediante rayos X. Sin embargo, todavía está en el rango de más de 10.000 átomos y obtener acceso a una muestra mucho más pequeña se está volviendo extremadamente arduo.
Si los rayos X pudieran usarse para detectar solo un átomo, revolucionarían aún más sus aplicaciones a un nivel sin precedentes, desde la tecnología de la información cuántica hasta la investigación médica y ambiental. Una forma de superar estos desafíos es reemplazar los detectores convencionales con un detector especializado hecho de una punta de metal afilada colocada muy cerca de la muestra para recolectar electrones excitados por rayos X, una técnica conocida como microscopía de túnel de barrido de rayos X sincrotrón ( SX-STM).
Además de lograr la señal de rayos X de un átomo, el objetivo clave del equipo era utilizar esta técnica para investigar el efecto ambiental en un solo átomo. “Ahora podemos detectar exactamente el tipo de un átomo en particular, un átomo a la vez, y podemos medir simultáneamente su estado químico. Una vez que podemos hacer eso, podemos rastrear los materiales hasta [el] límite final de un solo átomo”, zanja Hla.
