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| ¡Esta definitivamente no es la radiografía del átomo! Imagen de Gerd Altmann en Pixabay |
Pensar en radiografías puede provocar recuerdos de huesos rotos o revisiones dentales. Pero esta luz extremadamente energética puede mostrarnos algo 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.
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Los científicos han podido caracterizar un solo átomo mediante rayos X. No sólo pudieron distinguir el tipo de átomos que estaban viendo (había dos diferentes), sino que también lograron estudiar el comportamiento químico que mostraban estos átomos.
“Se pueden obtener imágenes de los átomos 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. una declaración.
“Una vez que seamos capaces de hacer eso, podremos rastrear los materiales hasta el límite máximo 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”.
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| Microscopía de efecto túnel de barrido de conjuntos supramoleculares de terbio, con el átomo de terbio en el centro de cada estructura. Crédito: Ajayi et al., Nature, 2023. |
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 recolectar los electrones excitados por rayos X. A partir de las medidas recogidas por la punta, el equipo pudo saber si se trataba de hierro o terbio, y eso no es todo.
"También hemos detectado 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 anfitriones 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 su circundante."
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Imágenes de los ensamblajes supramoleculares que cuentan con seis átomos de rubidio y uno de hierro. Crédito: Ajayi et al., Nature, 2023. |
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 las propiedades físicas y químicas de la misma. 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 probado en este estudio abrieron 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. “Más aún, 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 médica y ambiental, por nombrar algunas. Este logro también abre el camino para la instrumentación avanzada de ciencia de materiales”.
Una versión anterior de este artículo se publicó en mayo de 2023.