maio 19, 2024

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A primeira radiografia de um único átomo do mundo

A primeira radiografia de um único átomo do mundo

Pensar em radiografias pode desencadear lembranças de ossos quebrados ou exames dentários. Mas esta luz altamente activa pode mostrar-nos mais do que apenas os nossos ossos: também é usada para estudar o mundo molecular e até reacções bioquímicas em tempo real. Mas um problema é que os investigadores nunca foram capazes de estudar um único átomo utilizando raios X. Até aqui.

Os cientistas conseguiram caracterizar um único átomo usando raios X. Eles não apenas conseguiram distinguir o tipo de átomos que estavam vendo (havia dois átomos diferentes), mas também estudaram o comportamento químico que esses átomos exibiam.

“Os átomos podem ser fotografados rotineiramente usando microscópios de varredura, mas sem um de cada vez, e podemos medir seu estado químico ao mesmo tempo.” declaração.

“Assim que conseguirmos fazer isto, poderemos rastrear os materiais até ao limite final de apenas um átomo. Isto terá um enorme impacto na ciência ambiental e médica e talvez seja encontrada uma cura que poderá ter um enorme impacto na humanidade. Esta descoberta mudará o mundo.”

Microscopia de varredura por tunelamento de montagens supramoleculares de moléculas de térbio, com o átomo de térbio no centro de cada estrutura.

Crédito da imagem: Ajayi et al., Nature, 2023

O trabalho conseguiu rastrear um átomo de ferro e um átomo de térbio, elemento que faz parte dos chamados metais de terras raras. Ambos são inseridos em seus hospedeiros moleculares. O detector de raios X convencional é complementado com um detector especial adicional. Este último tinha uma ponta de metal afiada especializada que precisava ser colocada perto da amostra para coletar os elétrons excitados por raios X. Através das medidas coletadas pelo partido, a equipe conseguiu determinar se era ferro ou térbio, e não é tudo.

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“Também descobrimos os estados químicos de átomos individuais”, explicou Hala. “Ao comparar os estados químicos do átomo de ferro e do átomo de térbio dentro de seus hospedeiros moleculares, descobrimos que o átomo de térbio, um metal de terras raras, é bastante isolado e não muda seu estado químico enquanto o átomo de ferro interage fortemente com seus átomos. . O oceano.”

Átomos de rubídio

Imagens de conjuntos supramoleculares contendo seis átomos de rubídio e um átomo de ferro.

Crédito da imagem: Ajayi et al., Nature, 2023

O sinal visto pelo detector foi comparado a uma impressão digital. Permite aos pesquisadores compreender a composição da amostra, bem como estudar suas propriedades físicas e químicas. Isto pode ser crítico para melhorar o desempenho e a aplicação de uma variedade de materiais comuns e incomuns.

“A técnica utilizada e o conceito demonstrado neste estudo abriram novos horizontes na ciência dos raios X e nos estudos em nanoescala”, disse Tolulope Michael Ajayi, primeiro autor do artigo e que está realizando este trabalho como parte de sua tese de doutorado. “Além disso, o uso de raios X para detectar e caracterizar átomos individuais poderia revolucionar a pesquisa e gerar novas tecnologias em áreas como informação quântica e detecção de oligoelementos em pesquisas ambientais e médicas, para citar algumas. ferramentas científicas.” Materiais avançados.

O estudo está publicado na revista natureza.

Uma versão anterior deste artigo foi publicada em Maio de 2023.