La primera radiografía de un solo átomo en la naturaleza es capturada por expertos
Un equipo dirigido por el físico Saw Wai Hla de la Universidad de Ohio ha tomado la primera señal o firma de rayos X de un solo átomo. Este logro innovador podría revolucionar la forma en que los científicos detectan los materiales.
(Izquierda) Una imagen de una supramolécula en forma de anillo donde solo un átomo de hierro está presente en todo el anillo. (Derecha) Firma de rayos X de un solo átomo de hierro.
Desde su descubrimiento por Roentgen en 1895, los rayos X se han utilizado en todas partes, desde exámenes médicos hasta controles de seguridad en aeropuertos. Incluso Curiosity, el rover en Marte de la NASA, está equipado con un dispositivo de rayos X para examinar la composición de los materiales de las rocas de Marte.
Un uso importante de los rayos X en la ciencia es identificar el tipo de materiales en una muestra. A lo largo de los años, la cantidad de materiales necesarios en una muestra para la detección de rayos X se ha reducido considerablemente gracias al desarrollo de nuevos instrumentos. Hasta la fecha, empero, la cantidad más pequeña está en attogramas, es decir, unos 10.000 átomos o más. Esto se debe a que la señal de rayos X producida por un átomo es extremadamente débil, por lo que los detectores convencionales no pueden usarse.
Para superar esa barrera, los investigadores de Ohio utilizaron una técnica llamada microscopía de túnel de exploración de rayos X sincrotrón, o SX-STM. Esta combina imágenes de rayos X con un microscopio especializado que puede obtener imágenes de superficies atómicas mediante el uso de una punta conductora extremadamente fina que tuneliza los electrones excitados por los rayos X.
Cuando los rayos X (color azul) iluminan un átomo de hierro (bola roja en el centro de la molécula), los electrones del núcleo se excitan. A continuación, los electrones excitados por rayos X se canalizan hacia la punta del detector (gris) a través de orbitales atómicos/moleculares superpuestos, que proporcionan información elemental y química del átomo de hierro.
Hla describe estos electrones resultantes como poseedores de espectros que son como «huellas dactilares» elementales, que permiten identificar exactamente con qué átomo están tratando.
Un avance que podría cambiar el mundo
Para sus hallazgos más recientes, el equipo usó SX-STM para obtener imágenes de un átomo de hierro y un átomo de terbio dentro de un huésped molecular, pudiendo detectar los estados químicos individuales de ambos.
«Al comparar los estados químicos de un átomo de hierro y un átomo de terbio dentro de los 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 alrededores», precisó Hla.
Muchos materiales de tierras raras se utilizan en dispositivos cotidianos —como teléfonos celulares, computadoras y televisores, por nombrar algunos—, y son extremadamente importantes en la creación y el avance de la tecnología. A través de este descubrimiento, los científicos ahora pueden identificar no solo el tipo de elemento, sino también su estado químico, lo que les permitirá manipular mejor los átomos dentro de diferentes materiales anfitriones para satisfacer las necesidades en constante cambio en varios campos.
Hla no se anduvo con chiquitas sobre lo importante que podría ser esto.
«Este descubrimiento transformará el mundo», concluyó.
Un artículo detallando el importante logro ha sido publicado en Nature.
