Inédito. Radiografía de un solo átomo.

Físicos en EU, liderados por el doctor Saw Wai Hla, profesor en la Universidad Estatal de Ohio, e investigador del "Argonne Nationall Laboratory", han tomado la primera SEÑAL de rayos X del mundo, o FIRMA, de un solo átomo. Ellos creen que este logro innovador puede revolucionar la forma en que los científicos detectan los materiales.

Imagen de una supramolécula en forma de anillo en la que solo hay un átomo de Fe en todo el anillo.

Fotografía de @SawWaiHla.

Los "rayos X" se han utilizado en todas partes, desde su descubrimiento en 1895, por Wilhelm Conrad Röntgen (1845 - 1923),  han estado presentes en múltiples campos de la actividad humana: de exámenes médicos a controles de seguridad en aeropuertos.

Ahora bien, un uso importante de los "rayos X" en la ciencia es el de 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 fuentes de rayos X de sincrotrón , así como de nuevos instrumentos.

Hasta la fecha, la cantidad más pequeña que se puede someter a "rayos X" a una muestra está en atogramas, es decir, unos diez mil 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 de "rayos X" convencionales no pueden usarse para detectarla.

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. Fotografía de Deutsche Welle.

Según menciona el doctor Saw Wai Hla, quien también es director del Instituto de Fenómenos Cuánticos y de Nanoescala de la Universidad de Ohio, y es el primer autor del estudio: "Es un viejo sueño de los científicos, obtener una radiografía de un solo átomo, que ahora está siendo realizado por este equipo. Los átomos se pueden visualizar de forma rutinaria con microscopios de sonda de barrido, pero sin rayos X no se puede decir 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. Una vez que podamos 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".

Su artículo, fue publicado en la portada de la revista "Nature" de este 1 de junio, detalla como el equipo de físicos utilizó un instrumento de "rayos X de sincrotrón" especialmente diseñado en la línea de luz (XTIP) de "Advanced Photon Source" o "Fuente Avanzada de Fotones" y el "Center for Nanoscale Materials" (CNM), o "Centro de Materiales a Nanoescala" en Argonne.

Para la demostración, el equipo eligió un átomo de hierro y un átomo de terbio, ambos insertados en respectivos anfitriones moleculares.

Para detectar la señal de rayos X de un átomo, el equipo de investigación complementó los detectores convencionales de rayos X con un detector especializado hecho de una punta de metal afilada colocada muy cerca de la muestra para recolectar electrones excitados por "rayos X", una técnica conocida "Microscopía de Efecto Túnel de Barrido de rayos X sincrotrón" o (SX-STM).

La espectroscopia de rayos X en (SX-STM) se desencadena por la fotoabsorción de los electrones del nivel del núcleo, lo que constituye huellas dactilares elementales y es eficaz para identificar directamente el tipo elemental de los materiales.

Primera radiografía con "rayos X" de un átomo: Ilustración artística, tomada del Sol de Puebla,

y su vez de Torkenews online.

Según el doctor Hla, los espectros son como huellas dactilares, siendo cada uno único y capaz de detectar exactamente lo que es.

Finalmente, explicó Hla: "También hemos detectado los estados químicos de los átomos individuales, 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 circundante. 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".

Tolulope Michael Ajayi, quién es un estudiante post doctoral de la Universidad Estatal de Ohio, otro de los firmantes del estudio, expresó su punto de visa: "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. 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".

A través de este descubrimiento, los científicos ahora podrán 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.

Un avance importante en los logros científicos en el mundo sub atómico, sin lugar a dudas, sienta un precedente, al permitir asomarnos más allá de los límites físicos de nuestros sentidos. Habrá que esperar el desarrollo de nuevos trabajos al respecto. Este apenas comienza.