Primera señal de rayos X de un solo átomo

A partir de su descubrimiento por Wilhelm Conrad Roentgen en 1895, los rayos X se han utilizado para muchas cosas, desde para hacer radiografías en el ámbito médico hasta para realizar controles de seguridad en aeropuertos. Un uso importante de los rayos X en la ciencia es identificar materiales a partir de muestras. Con el paso de los años, la tecnología para hacer eso ha mejorado su eficiencia y la cantidad necesaria de material de una muestra para la detección con rayos X se ha reducido considerablemente. Un papel importante en ello lo han tenido el desarrollo de fuentes de rayos X de sincrotrón y la invención de nuevos instrumentos. Sin embargo, esa disminución de la cantidad necesaria de material de una muestra parecía haber llegado a un límite, con la cantidad más pequeña posible atascada en 1 attogramo, que equivale a unos 10.000 átomos o más.

Este límite viene marcado por el hecho de que la señal de rayos X producida por un átomo es extremadamente débil, de modo que los detectores de rayos X convencionales no pueden utilizarse para detectarla.

Hace tiempo que muchos científicos sueñan con obtener rayos X de un solo átomo, y ahora se ha conseguido.

Un equipo integrado, entre otros, por científicos de la Universidad de Ohio en Estados Unidos, el Laboratorio Nacional estadounidense de Argonne y la Universidad de Illinois en Estados Unidos, ha obtenido, por vez primera en la historia, una señal o firma de rayos X de un solo átomo. Este logro marca un antes y un después en el uso de los rayos X para análisis y abre nuevas e interesantes perspectivas para la ciencia.

Los átomos individuales pueden visualizarse relativamente bien con ciertos microscopios electrónicos, pero sin rayos X no se puede saber de qué elemento químico son.

Cuando los rayos X (representados en color azul) iluminan un átomo de hierro (la bola roja en el centro de la molécula), se excitan los electrones del nivel central. Los electrones excitados por los rayos X son entonces conducidos hasta la punta del detector (en color gris) a través de orbitales atómicos/moleculares superpuestos, y ello proporciona la información que permite saber que el átomo es de hierro. (Imagen: Saw-Wai Hla)

Ahora, gracias al citado equipo de científicos, que incluye a Saw Wai Hla y Tolulope M. Ajayi, de la Universidad de Ohio y el Laboratorio Nacional de Argonne, ya es factible detectar con toda precisión de qué elemento químico es un átomo individual, y se puede medir simultáneamente su estado químico.

El equipo expone los detalles técnicos del avance conseguido en la revista académica Nature, bajo el título “Characterization of just one atom using synchrotron X-rays”. (Fuente: NCYT de Amazings)