La X di un singolo atomo

Compila il modulo sottostante e ti invieremo via email una versione PDF di "La firma a raggi X di un singolo atomo è stata registrata per la prima volta"

Completa il modulo sottostante per sbloccare l'accesso a TUTTI gli articoli audio.

Gli scienziati hanno misurato per la prima volta la firma dei raggi X di un singolo atomo. Lo sforzo è stato pubblicato su Nature ed è stato realizzato da un team multicentrico che comprende ricercatori dell’Università dell’Ohio, dell’Argonne National Laboratory, dell’Università dell’Illinois-Chicago e altri. Lo studio potrebbe avere un enorme impatto sul modo in cui gli scienziati rilevano la composizione chimica dei materiali.

I raggi X vengono utilizzati in una moltitudine di campi, dalla scansione di ossa rotte al rilevamento di rischi per la sicurezza negli aeroporti. Nella ricerca scientifica, i raggi X vengono utilizzati per analizzare le proprietà dei materiali. I progressi nella strumentazione di analisi, come l'avvento del sincrotrone a raggi X, hanno ridotto la dimensione del campione richiesta per produrre una lettura accurata. Attualmente, la quantità più piccola di una sostanza richiesta per l’analisi a raggi X è un attogramma, ovvero circa 10.000 atomi o più. Il nuovo progresso rappresenta un cambiamento radicale nelle nostre capacità di rilevamento.

Iscriviti alla newsletter quotidiana di Technology Networks, riceverai ogni giorno le ultime notizie scientifiche direttamente nella tua casella di posta.

Finora il limite dell'attogramma è esistito a causa della debolezza del segnale dei raggi X prodotto da quantità atomiche più piccole. Saw Wai Hla, ricercatore presso l'Argonne National Laboratory e professore di fisica presso l'Università dell'Ohio, ha affermato che gli scienziati hanno da tempo preso di mira una tecnica per visualizzare numeri più piccoli di atomi. "Gli atomi possono essere normalmente fotografati con microscopi a sonda a scansione, ma senza i raggi X non si può dire di cosa sono fatti. Ora possiamo rilevare esattamente il tipo di un particolare atomo, un atomo alla volta, e possiamo simultaneamente misurarne la composizione chimica". stato", ha detto Hla.

Per restare in un limbo sotto questa barriera fisica, Hla e il team hanno utilizzato un sincrotrone a raggi X personalizzato ospitato presso il Centro per i materiali su scala nanometrica presso l’Argonne National Laboratory.

Nell'articolo, i ricercatori hanno mostrato la loro tecnica caratterizzando i segnali provenienti da un atomo di ferro e da uno di terbio. I ricercatori hanno aggiunto un rilevatore specializzato alle apparecchiature a raggi X convenzionali. Questo scanner bonus presentava un'asta metallica affilata posizionata immediatamente accanto al campione. L'estrema vicinanza dell'asta gli ha permesso di aspirare gli elettroni eccitati prodotti durante la scansione del campione. Questo metodo è chiamato microscopia a effetto tunnel a scansione di raggi X di sincrotrone o SX-STM. L'energia emessa dagli atomi è legata alle loro proprietà fisiche fondamentali, nel senso che rappresentano "impronte digitali" elementali uniche, che consentono l'identificazione dell'atomo.

"La tecnica utilizzata e il concetto dimostrato in questo studio hanno aperto nuove strade nella scienza dei raggi X e negli studi su scala nanometrica", ha affermato Tolulope Michael Ajayi, studente di dottorato e primo autore dello studio. "Inoltre, l'uso dei raggi X per rilevare e caratterizzare i singoli atomi potrebbe rivoluzionare la ricerca e dare vita a nuove tecnologie in settori quali l'informazione quantistica e il rilevamento di oligoelementi nella ricerca ambientale e medica, solo per citarne alcuni. Questo risultato apre anche la strada per la strumentazione avanzata della scienza dei materiali."

Il team ha poi continuato a caratterizzare il modo in cui gli atomi venivano influenzati dall'immagazzinamento all'interno di diversi ospiti molecolari. "Abbiamo scoperto che l'atomo di terbio, un metallo delle terre rare, è piuttosto isolato e non cambia il suo stato chimico mentre l'atomo di ferro interagisce fortemente con l'ambiente circostante", ha detto Hla.

Le applicazioni di questa nuova conoscenza abbracciano molti campi. I metalli delle terre rare come il terbio sono componenti chiave dei dispositivi di uso quotidiano come televisori e telefoni, ma anche di tecnologie avanzate come i laser e le leghe aerospaziali. Le nuove scoperte consentiranno agli scienziati che lavorano con questi materiali di comprendere meglio come le loro proprietà chimiche vengono modificate dall’ambiente, il che dovrebbe aprire ancora più potenziali usi per questi elementi.