Desde su descubrimiento, los rayos X han demostrado ser una herramienta invaluable en una amplia gama de aplicaciones. Desde la medicina hasta la ciencia de materiales, estos rayos electromagnéticos han transformado nuestra comprensión y capacidad para estudiar la materia a nivel atómico. En este artículo, exploraremos cómo un equipo de científicos ha llevado esta exploración a un nivel completamente nuevo, obteniendo señales de rayos X de un solo átomo, lo que podría tener un impacto revolucionario en diversas disciplinas científicas.
Desafiando los Límites de la Exploración Atómica
Los microscopios de exploración por sonda han sido un pilar en la investigación científica. Sin embargo, la caracterización precisa de los materiales requiere más que imágenes. La capacidad de determinar la composición atómica y el estado químico de los materiales es fundamental para desbloquear una comprensión más profunda de su comportamiento y propiedades. Aquí es donde entran en juego los rayos X.
Un Avance Histórico: Detectando Rayos X de un Solo Átomo
Un equipo internacional de científicos, liderado por el profesor de Física de la Universidad de Ohio y científico del Laboratorio Nacional Argonne, Saw Wai Hla, ha logrado un hito sin precedentes: la detección de señales de rayos X de un solo átomo. Este logro, realizado en colaboración con la Universidad de Illinois-Chicago y otros lugares, podría revolucionar la forma en que caracterizamos y comprendemos los materiales.
La Tecnología Detrás del Logro
Para lograr esta hazaña científica, los investigadores utilizaron un instrumento de rayos X de sincrotrón diseñado específicamente en la línea XTIP de la Fuente de Fotones Avanzados y el Centro de Materiales a Escala Nanométrica en el Laboratorio Nacional Argonne. Utilizaron una técnica llamada microscopía de exploración por sonda de túnel de rayos X de sincrotrón, o SX-STM. Esta técnica implica colocar un detector especial cerca de la muestra para recoger electrones de rayos X excitados, lo que permite identificar la firma de un solo átomo.
Ampliando las Posibilidades de Investigación
La espectroscopía de rayos X en SX-STM actúa como huellas dactilares elementales, permitiendo a los científicos identificar con precisión el tipo de átomo y su estado químico. Esta capacidad no solo revoluciona la investigación en ciencias de materiales, sino que también abre nuevas perspectivas en campos como la información cuántica y la detección de elementos traza en investigaciones ambientales y médicas.
La Promesa de un Futuro Transformador
Este avance va más allá de la simple detección de átomos individuales. Los científicos han logrado discernir los estados químicos de estos átomos, lo que les brinda una comprensión más profunda de su comportamiento y reactividad. Esta habilidad tiene implicaciones significativas en la manipulación de átomos para satisfacer las demandas cambiantes en diversas disciplinas científicas.
Un Nuevo Horizonte: Túnel de Resonancia Excitado por Rayos X
El equipo no solo ha logrado detectar átomos individuales, sino que también ha creado una técnica innovadora conocida como “túnel de resonancia excitado por rayos X” (X-ERT). Esta técnica utiliza rayos X de sincrotrón para determinar cómo se orientan los orbitales de una sola molécula en una superficie material, abriendo nuevas direcciones de investigación en las propiedades cuánticas y magnéticas de los átomos individuales.
Conclusiones: Rayos X de un Solo Átomo
Desde su invención, los rayos X han revolucionado la ciencia y la medicina. El logro de detectar señales de rayos X de un solo átomo lleva esta revolución un paso adelante. Con aplicaciones que van desde la caracterización atómica avanzada hasta la innovación en tecnologías emergentes, este descubrimiento tiene el potencial de transformar la forma en que interactuamos con la materia en su nivel más fundamental.
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Fuente:
Ajayi, T.M., Shirato, N., Rojas, T. et al. Caracterización de un solo átomo mediante rayos X sincrotrón. Nature 618, 69–73 (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06011-w
