Pela primeira vez, um único átomo recebeu um feixe de raios X, identificando o elemento e revelando informações sobre o estado químico.
Fonte: Sci News (Traduzido para o Português)
“Átomos podem ser rotineiramente fotografados com microscópios de varredura. Mas sem raios X, não dá para dizer do que são feitos”, disse Dr. Hla, diretor do Instituto de Fenômenos Quânticos e Nanoescala da Universidade de Ohio.
“Agora podemos detectar exatamente o tipo de um átomo, um de cada vez, e simultaneamente medir o estado químico.”
Dr. Hla e os coautores conduziram o experimento na XTIP, no Centro de Materiais de Nanoescala, no Laboratório Nacional Argonne.
Para demonstração, foi escolhido um átomo de ferro e outro de térbio, ambos inseridos nos seus respectivos hospedeiros moleculares.
Para detectar o sinal de raios X de um átomo, foi usada uma técnica conhecida como microscopia de tunelamento por varredura de raios X síncrotron (SX-STM).
“As capacidades das fontes de luz síncrotron foram continuamente aprimoradas, para melhorar a resolução e a quantidade mínima de amostra necessária para as medidas”, segundo a equipe.
“Até agora, 1 attograma de amostra poderia ser detectada por raios X. Porém, ainda tinha por volta de 10.000 átomos e obter amostras menores era extremamente árduo”.
1 attograma é igual a 1\cdot 10^{-18} grama. Muito menor que a escala nano, que é de 1\cdot 10^{-9}.
“Se os raios X puderem ser usados para detectar apenas um átomo, irá revolucionar as aplicações a um nível sem precedentes, de tecnologia da informação quântica até ambiente e pesquisa médica.”
Uma forma de superar estes desafios é suplantar detectores convencionais com um detector especializado feito de uma ponta fina de metal, posicionado na extremidade da amostra para coletar elétrons excitados por raios X.
A espectroscopia de raio X em SX-STM é desencadeada por fotoabsorção de elétrons no nível do núcleo, que constituem as impressões digitais do elemento e é eficaz em identificar o elemento do material diretamente.
“Usando raios X para detectar e caracterizar átomos individuais, poderia revolucionar a pesquisa e surgir novas tecnologias em áreas como informação quântica, detecção de elementos no ambiente e na pesquisa médica, por exemplo. Esta conquista também abre caminho para a instrumentação avançada de ciência dos materiais.”, acrescentou Tolulope Michael Ajayi, também do Laboratório Nacional Argonne e da Universidade de Ohio.
Além de obter assinatura de raios X de um átomo, a meta da equipe era usar esta técnica para investigar o efeito que um único átomo de terra rara causa no ambiente.
“Comparando os estados químicos dos átomos de ferro e térbio dentro das respectivas moléculas, nós descobrimos que o átomo de térbio, um metal de terra rara, é isolado e não muda o seu estado químico, enquanto o átomo de ferro interage fortemente com o ambiente ao redor.”, disse Dr. Hla.
