Logran la primera radiografía de un solo átomo

El descubrimiento tiene el potencial de revolucionar la forma en que los científicos detectan y estudian materiales.

Por ANDRÉS ALBURQUERQUE / Foto: UNIVERSIDAD OHIO

Físicos estadounidenses tomaron la primera señal de rayos X del mundo de un solo átomo, y consideran que el descubrimiento puede revolucionar la forma en que los científicos detectan los materiales.

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, como se aprecia en la fotografía que acompaña a esta nota.

En la actualidad, empleamos rayos X de alta energía para asistirnos en la comprensión de átomos y moléculas, así como en su organización. A través de la captura de rayos difractados, reconstruimos las configuraciones cristalinas de estos elementos. Sin embargo, hasta la fecha, la cantidad más pequeña que se había podido radiografiar de una muestra es un attogramo (unos 10 mil átomos o más), pues la señal de rayos X producida por un átomo es extremadamente débil.

Pero ahora, por primera vez en la historia, un grupo de investigadores dirigido por el físico Tolulope Ajayi, de la Universidad de Ohio, y el Laboratorio Nacional de Argonne, usó rayos X para caracterizar las propiedades de un átomo individual de hierro. Y este avance demuestra que esta técnica puede emplearse para comprender la materia a nivel de sus componentes más diminutos.

Con el objetivo de investigar estructuras a escala atómica, Ajayi y su equipo emplearon una combinación de rayos X de sincrotrón y una técnica de microscopía llamada microscopía de túnel de barrido.

La técnica utiliza una punta afilada que actúa como una sonda conductora, interactuando con los electrones del material de prueba a través de un fenómeno conocido como “tunelización cuántica”.

Las dos técnicas combinadas se conocen como microscopía de túnel de barrido de rayos X de sincrotrón (SX-STM). La radiación X amplificada excita la muestra, y un detector en forma de aguja recoge la fotoemisión resultante. Fue así como se logró radiografiar el primer átomo individual de la historia.

El descubrimiento además podría dar lugar a nuevas tecnologías en campos como la información cuántica y la investigación médica.

“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”, concluyó Ajayi.