La première radiographie au monde d'un seul atome

Penser aux rayons X peut déclencher des souvenirs de fractures ou d’examens dentaires. Mais cette lumière très active peut nous montrer bien plus que nos os : elle est également utilisée pour étudier le monde moléculaire, voire les réactions biochimiques en temps réel. Mais le problème est que les chercheurs n’ont jamais pu étudier un seul atome à l’aide des rayons X. jusqu'à maintenant.

Les scientifiques ont pu caractériser un seul atome à l’aide des rayons X. Non seulement ils pouvaient distinguer le type d’atomes qu’ils voyaient (il y avait deux atomes différents), mais ils étaient également capables d’étudier le comportement chimique que présentaient ces atomes.

« Les atomes peuvent être régulièrement visualisés à l'aide de microscopes à balayage, mais sans un à la fois, et nous pouvons mesurer leur état chimique en même temps. » déclaration.

« Une fois que nous y parviendrons, nous pourrons retracer les matériaux jusqu'à la limite finale d'un seul atome. Cela aura un impact énorme sur la science environnementale et médicale et peut-être qu'un remède sera trouvé qui pourrait avoir un impact énorme sur l'humanité. Cette découverte va changer le monde. »

Les travaux ont permis de retracer un atome de fer et un atome de terbium, un élément qui fait partie des métaux dits des terres rares. Les deux sont insérés dans leurs hôtes moléculaires. Le détecteur de rayons X conventionnel est complété par un détecteur spécial supplémentaire. Ce dernier avait une pointe métallique pointue spécialisée qui devait être placée à proximité de l’échantillon pour collecter les électrons excités par les rayons X. Grâce aux mesures recueillies par l'équipe, l'équipe a pu déterminer s'il s'agissait de fer ou de terbium, et ce n'est pas tout.

« Nous avons également découvert les états chimiques des atomes individuels », a expliqué Hala. « En comparant les états chimiques de l'atome de fer et de l'atome de terbium au sein de leurs hôtes moléculaires, nous constatons que l'atome de terbium, un métal des terres rares, est assez isolé et ne change pas d'état chimique tandis que l'atome de fer interagit fortement avec ses atomes. . L'océan. »

Le signal perçu par le détecteur a été comparé à une empreinte digitale. Il permet aux chercheurs de comprendre la composition de l’échantillon, ainsi que d’étudier ses propriétés physiques et chimiques. Cela peut être essentiel pour améliorer les performances et l’application d’une variété de matériaux courants et peu courants.

« La technique utilisée et le concept démontré dans cette étude ont ouvert de nouveaux horizons dans la science des rayons X et les études à l'échelle nanométrique », a déclaré Tolulope Michael Ajayi, premier auteur de l'article et qui effectue ce travail dans le cadre de sa thèse de doctorat. « De plus, l'utilisation des rayons X pour détecter et caractériser des atomes individuels pourrait révolutionner la recherche et générer de nouvelles technologies dans des domaines tels que l'information quantique et la détection des éléments traces dans la recherche environnementale et médicale, pour n'en citer que quelques-uns. outils scientifiques. »Matériaux avancés.

L'étude est publiée dans la revue nature.

Une version précédente de cet article a été publiée dans mai 2023.