Incredibile avanzamento scientifico: per la prima volta fatta una radiografia a un singolo atomo

Immagine di un atomo ai raggi X

Un nuovo studio condotto da scienziati dell’Argonne National Laboratory, dell’Università dell’Ohio e dell’Università dell’Illinois-Chicago ha rivelato un’immagine sconvolgente delle proprietà di un singolo atomo, utilizzando esclusivamente la tecnica dei raggi X, si legge in un comunicato stampa dell’Università.

Da quando i raggi X sono stati scoperti alla fine del 1800, sono stati uno strumento essenziale in molti campi. La loro capacità di penetrare nella materia li rende molto utili per l’imaging in medicina, nella ricerca sui materiali, in archeologia e in astrofisica. I raggi X sono un tipo di radiazione elettromagnetica ad altissima energia e a breve lunghezza d’onda.

Le tecniche tradizionali di rilevamento dei raggi X, tuttavia, si basano sull’interazione dei raggi X con molti atomi in un campione per generare un segnale rilevabile. Questo perché il segnale prodotto da un singolo atomo è debole e difficile da distinguere dal rumore di fondo.

Il precedente parametro di riferimento per la quantità più piccola che può essere sottoposta a raggi X era di 10.000 atomi e, in confronto, questo risultato è rivoluzionario. Potrebbe potenzialmente rivoluzionare il modo in cui scienziati e ricercatori rilevano i materiali.

Come fare la radiografia a un atomo

Il team ha scelto un atomo di ferro e uno di terbio per effettuare la radiografia di un singolo atomo.

I rivelatori di raggi X convenzionali sono stati modificati utilizzando una punta metallica affilata, in combinazione con un microscopio a scansione tunneling a raggi X di sincrotrone (SX-STEM), utilizzato principalmente per l’imaging su scala nanometrica e la caratterizzazione dei materiali, per rilevare gli elettroni eccitati dai raggi X dei singoli atomi.

In parole povere, la SX-STM consente agli scienziati di utilizzare i raggi X per vedere gli elementi all’interno di un materiale e comprenderne la composizione chimica. Ciò avviene eccitando (o dando energia) agli elettroni nel nucleo di un atomo. Quando questi elettroni assorbono i raggi X e si eccitano, producono un’impronta digitale unica. Questa impronta, chiamata spettro di assorbimento, aiuta gli scienziati a identificare il tipo di elementi presenti nel materiale studiato.

Il team ha scoperto che gli spettri di assorbimento dei raggi X rivelavano impronte digitali uniche corrispondenti agli atomi di ferro e terbio.

Caratterizzazione degli stati chimici degli atomi

Il team ha inoltre utilizzato la risonanza tunnel a raggi X (X-ERT) per caratterizzare gli stati chimici degli atomi. Hanno scoperto che l’X-ERT per l’atomo di ferro era dominante, rivelando informazioni sulla reattività e sulle interazioni dell’atomo.

È interessante notare che i ricercatori hanno notato che il segnale a raggi X poteva essere rilevato solo quando la punta specifica era posizionata in estrema prossimità dell’atomo. Ciò ha confermato che il rilevamento era altamente localizzato e focalizzato sull’atomo di interesse, consentendo una caratterizzazione e un’analisi dettagliata delle proprietà e del comportamento dell’atomo.

“Questo risultato collega i raggi X di sincrotrone con il processo di tunneling quantistico per rilevare la firma a raggi X di un singolo atomo e apre molte direzioni di ricerca interessanti, tra cui la ricerca sulle proprietà quantistiche e di spin (magnetiche) di un solo atomo utilizzando i raggi X di sincrotrone”, ha dichiarato il professor Saw Wai Hla, ricercatore principale, in un comunicato stampa.