Puede que los átomos no tengan huesos, pero aun así queremos saber cómo están formados. Estas pequeñas partículas son la base sobre la que se construyen todas las cosas ordinarias (incluidos nuestros huesos), y comprenderlas nos ayuda a comprender el universo más grande.
Usamos luz de rayos X de alta energía para ayudarnos a comprender los átomos y las moléculas y cómo están organizados, capturando haces difractados para reconstruir sus configuraciones en forma de cristal.
Ahora, los científicos han utilizado rayos X para caracterizar las propiedades de un átomo, lo que demuestra que la técnica se puede utilizar para comprender la materia al nivel de sus componentes básicos más pequeños.
«Aquí,» Escribe un equipo internacional Dirigido por el físico Tolulob Ajayi de la Universidad de Ohio y el Laboratorio Nacional Argonne en los EE. UU., «demostramos que los rayos X se pueden usar para caracterizar el estado elemental y químico de un átomo».
Los rayos X se consideran una sonda adecuada para la caracterización de materiales a nivel atómico porque su distribución de longitudes de onda es comparable al tamaño de un átomo.
Además, existen muchas técnicas para ver cómo se juntan los rayos X a escalas muy pequeñas.
Uno de ellos Rayos X sincrotrónEn esto, los rayos X se aceleran a energías más altas para que brillen más intensamente.
Para tratar de resolver las escalas más finas, Ajay y sus colegas utilizaron una técnica que combina rayos X coherentes con técnicas de microscopía para obtener imágenes a escala atómica. Microscopía de túnel de barrido. Utiliza una sonda conductora ideal de punta afilada que interactúa con los electrones del material de prueba, lo que se conoce como «tunelización cuántica».
A distancias muy cercanas (como medio nanómetro), la posición precisa de un electrón es incierta, ya que se desplaza por el espacio entre el material y la sonda; La posición del átomo se puede medir en la corriente resultante.
Juntas, las dos técnicas se conocen como microscopía de túnel de barrido de rayos X sincrotrón (SX-STM). La radiación X amplificada excita la muestra y un detector en forma de aguja recoge los fotoelectrones resultantes. Es una técnica emocionante que abre posibilidades increíbles: el año pasado, el equipo publicó un artículo sobre el uso de SX-STM. Rotar una molécula.
Esta vez, fueron aún más pequeños e intentaron medir las propiedades de un solo átomo de hierro. Ellos crearon por separado Ensambles supramoleculares, incluidos los iones de hierro y terbio dentro de un anillo de átomos denominados ligandos. Un átomo de hierro y seis de rubidio están unidos a ligandos de terpiridina; Se unieron terbio, oxígeno y bromo utilizando ligandos de piridina-2,6-dicarboxamida.
Estas muestras luego se sometieron a SX-STM.
La luz recibida por el detector no es la misma que la luz que brilla sobre la muestra. Algunas longitudes de onda son absorbidas por los electrones en el núcleo atómico, lo que significa que el espectro de rayos X resultante contiene algunas líneas oscuras.
El equipo descubrió que estas líneas oscuras corresponden a las longitudes de onda absorbidas por el hierro y el terbio, respectivamente. Los espectros de absorción se pueden analizar para determinar los estados químicos de estos átomos.
Para el átomo de hierro sucedió algo interesante. La señal de rayos X solo puede detectarse precisamente por encima del átomo de hierro en su estructura supramolecular y muy cerca.
Esto, dicen los investigadores, confirma el hallazgo en el régimen de túneles. Debido a que la tunelización es un fenómeno cuántico, tiene implicaciones para el estudio de la mecánica cuántica.
«Nuestro trabajo,» Los investigadores escriben«Combina los rayos X de sincrotrón con el proceso de tunelización cuántica y abre futuros experimentos de rayos X para la caracterización simultánea de las propiedades elementales y químicas de los materiales en el rango final de un solo átomo».
Es al menos tan bueno como los huesos.
Publicado en la tesis Naturaleza.
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