Pensare alle radiografie può innescare ricordi di ossa rotte o esami dentistici. Ma questa luce altamente attiva può mostrarci molto più che solo le nostre ossa: viene utilizzata anche per studiare il mondo molecolare e persino le reazioni biochimiche in tempo reale. Ma un problema è che i ricercatori non sono mai stati in grado di studiare un singolo atomo utilizzando i raggi X. Finora.
Gli scienziati sono stati in grado di caratterizzare un singolo atomo utilizzando i raggi X. Non solo potevano distinguere il tipo di atomi che stavano vedendo (c'erano due atomi diversi), ma erano anche in grado di studiare il comportamento chimico che questi atomi esibivano.
"Gli atomi possono essere regolarmente fotografati utilizzando microscopi a scansione, ma senza uno alla volta, e possiamo misurare il loro stato chimico allo stesso tempo." dichiarazione.
"Una volta che saremo in grado di farlo, potremo tracciare i materiali fino al limite finale di un solo atomo. Ciò avrà un enorme impatto sulla scienza ambientale e medica e forse verrà trovata una cura che potrebbe avere un enorme impatto sull'umanità. Questa scoperta cambierà il mondo."
Microscopia a effetto tunnel a scansione di complessi supramolecolari di molecole di terbio, con l'atomo di terbio al centro di ciascuna struttura.
Credito immagine: Ajayi et al., Natura, 2023
Il lavoro è riuscito a rintracciare un atomo di ferro e un atomo di terbio, elemento che fa parte dei cosiddetti metalli delle terre rare. Entrambi sono inseriti nei loro ospiti molecolari. Al convenzionale rilevatore di raggi X viene aggiunto un ulteriore rilevatore speciale. Quest'ultimo aveva una punta metallica affilata specializzata che doveva essere posizionata vicino al campione per raccogliere gli elettroni eccitati dai raggi X. Attraverso le misurazioni raccolte dal gruppo, il team è riuscito a determinare se si trattava di ferro o terbio, e non è tutto.
"Abbiamo scoperto anche gli stati chimici dei singoli atomi", ha spiegato Hala. "Confrontando gli stati chimici dell'atomo di ferro e dell'atomo di terbio all'interno dei loro ospiti molecolari, scopriamo che l'atomo di terbio, un metallo delle terre rare, è abbastanza isolato e non cambia il suo stato chimico mentre l'atomo di ferro interagisce fortemente con i suoi atomi . L'oceano."
Immagini di complessi supramolecolari contenenti sei atomi di rubidio e un atomo di ferro.
Credito immagine: Ajayi et al., Natura, 2023
Il segnale visto dal rilevatore è stato paragonato ad un'impronta digitale. Consente ai ricercatori di comprendere la composizione del campione e di studiarne le proprietà fisiche e chimiche. Questo può essere fondamentale per migliorare le prestazioni e l'applicazione di una varietà di materiali comuni e non comuni.
"La tecnica utilizzata e il concetto dimostrato in questo studio hanno aperto nuovi orizzonti nella scienza dei raggi X e negli studi su nanoscala", ha affermato Tolulope Michael Ajayi, che è il primo autore dell'articolo e sta svolgendo questo lavoro come parte della sua tesi di dottorato. "Inoltre, l'utilizzo dei raggi X per rilevare e caratterizzare i singoli atomi potrebbe rivoluzionare la ricerca e generare nuove tecnologie in settori quali l'informazione quantistica e il rilevamento di elementi in traccia nella ricerca ambientale e medica, solo per citarne alcuni. Questo risultato apre anche la strada a nuove scoperte strumenti scientifici". Materiali avanzati.
Lo studio è pubblicato sulla rivista natura.
Una versione precedente di questo articolo è stata pubblicata in Maggio 2023.