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.

atomo de hierro iluminado
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.

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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.

escala de atomo
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.

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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.

Fuente: DW.