La primera radiografía del mundo de un solo átomo

Pensar en las radiografías puede provocar recuerdos de huesos rotos o exámenes dentales. Pero esta luz altamente activa puede mostrarnos algo más que nuestros huesos: también se utiliza para estudiar el mundo molecular e incluso reacciones bioquímicas en tiempo real. Pero un problema es que los investigadores nunca han podido estudiar un solo átomo utilizando rayos X. hasta ahora.

Los científicos han podido caracterizar un solo átomo mediante rayos X. No sólo pudieron distinguir el tipo de átomos que estaban viendo (había dos átomos diferentes), sino que también pudieron estudiar el comportamiento químico que exhibían estos átomos.

«Se pueden obtener imágenes de los átomos de forma rutinaria utilizando microscopios de barrido, pero sin uno a la vez, y podemos medir su estado químico al mismo tiempo». declaración.

«Una vez que seamos capaces de hacer esto, podremos rastrear materiales hasta el límite final de un solo átomo. Esto tendrá un enorme impacto en la ciencia médica y ambiental y tal vez se encuentre una cura que podría tener un enorme impacto en la humanidad. Este descubrimiento cambiará el mundo».

Microscopía de efecto túnel de barrido de conjuntos supramoleculares de moléculas de terbio, con el átomo de terbio en el centro de cada estructura.

Crédito de la imagen: 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 se insertan en sus huéspedes moleculares. El detector de rayos X convencional se complementa con un detector especial adicional. Este último tenía una punta metálica afilada especializada que debía colocarse cerca de la muestra para recoger los electrones excitados por rayos X. A través de las mediciones recopiladas por el partido, el equipo pudo determinar si se trataba de hierro o terbio, y eso no es todo.

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«También descubrimos los estados químicos de los átomos individuales», explicó Hala. “Al comparar los estados químicos del átomo de hierro y el átomo de terbio dentro de sus 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 átomos. . El océano.»

Átomos de rubidio

Imágenes de conjuntos supramoleculares que contienen seis átomos de rubidio y un átomo de hierro.

Crédito de la imagen: Ajayi et al., Nature, 2023.

La señal vista por el detector se comparó con una huella digital. Permite a los investigadores comprender la composición de la muestra, así como estudiar sus propiedades físicas y químicas. Esto puede ser fundamental para mejorar el rendimiento y la aplicación de una variedad de materiales comunes y poco comunes.

«La técnica utilizada y el concepto demostrado en este estudio han abierto nuevos horizontes en la ciencia de los rayos X y los estudios a nanoescala», dijo Tolulope Michael Ajayi, primer autor del artículo y que está realizando este trabajo como parte de su tesis doctoral. “Es más, 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 oligoelementos en la investigación médica y ambiental, por nombrar algunas. Este logro también abre el camino a nuevas cosas. herramientas científicas”. Materiales avanzados.

El estudio se publica en la revista. naturaleza.

Una versión anterior de este artículo fue publicada en mayo 2023.

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