Átomo único X

Muchos profanos no se darán cuenta de que la ciencia nunca ha sido capaz de obtener rayos X de un solo átomo.

Lo mejor que pueden hacer los escáneres de sincrotrón de última generación es tomar rayos X de un attograma (alrededor de 10 000 átomos), pero la señal producida por un solo átomo es tan débil que no se pueden usar detectores convencionales. Hasta ahora.

Esta hazaña histórica se logró gracias a un instrumento de sincrotrón especialmente diseñado en el Laboratorio Nacional de Argonne en Illinois utilizando una técnica conocida como SX-STM (microscopía de túnel de barrido de rayos X de sincrotrón).

Los investigadores detrás del avance dicen que allana el camino para encontrar curas para las principales enfermedades que amenazan la vida, el desarrollo de computadoras cuánticas súper rápidas y otros avances en materiales y ecociencia.

Los átomos son las partículas que construyen las moléculas y el límite hasta el cual cualquier sustancia puede descomponerse químicamente. Hay tantas en una pelota de golf como pelotas de golf caben en la Tierra.

SX-STM ahora puede medirlos en un grado infinitesimal. La hazaña ha sido descrita como el "santo grial" de la física y un sueño de larga data del profesor Saw Wai Hla de la Universidad Estatal de Ohio, el autor principal del artículo que explica el descubrimiento.

"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", explicó el Dr. Hla. "Ahora podemos detectar exactamente el tipo de un átomo en particular, un átomo a la vez, y podemos medir simultáneamente su estado químico. Este descubrimiento transformará el mundo".

Desde su descubrimiento por Roentgen en 1895, los rayos X se han utilizado en docenas de aplicaciones y campos, desde exámenes médicos hasta controles de seguridad en aeropuertos.

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El rover Curiosity de la NASA en Marte está equipado con un dispositivo de rayos X para examinar la composición de las rocas.

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 por rayos X se ha reducido considerablemente gracias al desarrollo de los rayos X sincrotrón.

SX-STM recolecta electrones excitados, partículas en el exterior de un átomo que se mueven alrededor de los protones y neutrones en el interior, y el espectro así producido es como una huella dactilar que permite la detección precisa de lo que es el átomo.

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"La técnica utilizada y el concepto probado en este estudio abrió nuevos caminos en la ciencia de los rayos X y los estudios a nanoescala", dijo el primer autor Tolulope Michael Ajayi, estudiante de doctorado en Ohio.

"Más aún, el uso de rayos X para detectar y caracterizar átomos individuales podría revolucionar la investigación y generar nuevas tecnologías en áreas como la información cuántica y la detección de elementos traza en la investigación médica y ambiental, por nombrar algunas".

"Este logro también abre el camino para la instrumentación de ciencia de materiales avanzada".

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