Así se ve el átomo individual captado con rayos X

En la actualidad, utilizamos rayos X de alta energía como herramienta para comprender la estructura y organización de átomos y moléculas. Mediante la captura de rayos difractados, reconstruimos las configuraciones cristalinas de estos elementos. Hasta ahora, la cantidad más pequeña que se podía radiografiar de una muestra era de un attogramo, que equivale a unos 10.000 átomos o más. Esto se debe a que la señal de rayos X generada por un átomo es extremadamente débil.

Sin embargo, por primera vez en la historia, un equipo de investigadores encabezado por el físico Tolulope Ajayi de la Universidad de Ohio y el Laboratorio Nacional de Argonne ha utilizado rayos X para caracterizar las propiedades de un átomo individual. Este avance demuestra que esta técnica puede ser empleada para comprender la materia a nivel de sus componentes más diminutos. Existen diversas técnicas para utilizar rayos X y examinar la estructura de objetos a escalas extremadamente pequeñas.

Una de estas técnicas es la denominada rayos X de sincrotrón, en la cual los rayos X se aceleran a altas energías para generar radiación intensa. Con el propósito de investigar las estructuras a escala atómica, Ajayi y su equipo emplearon una combinación de rayos X de sincrotrón y una técnica de microscopía conocida como microscopía de túnel de barrido.

Esta técnica utiliza una punta afilada que actúa como sonda conductora y se relaciona con los electrones del material de prueba a través del fenómeno de "tunelización cuántica". La combinación de estas dos técnicas se conoce como microscopía de túnel de barrido de rayos X de sincrotrón (SX-STM). La radiación X intensificada excita la muestra y un detector en forma de aguja recolecta la fotoemisión resultante.

De esta manera, lograron realizar una radiografía del primer átomo individual en la historia, específicamente un átomo de hierro. Este descubrimiento tiene el potencial de transformar la manera en que los científicos detectan y estudian materiales, además de abrir nuevas posibilidades en campos como la información cuántica y la investigación médica.

"Los átomos pueden visualizarse de forma rutinaria con microscopios de sonda de barrido, pero sin rayos X no se puede saber de qué están hechos. Ahora podemos detectar exactamente el tipo de un átomo concreto, átomo por átomo, y medir simultáneamente su estado químico", ha explicado Ajayi en un comunicado de la Universidad de Ohio.

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