Pela primeira vez, os cientistas obtiveram uma imagem de raios-X de um único átomo, destacando-o entre centenas de milhares de outros próximos a ele. Como os raios X comuns de uma policlínica, uma imagem individual de raios X de um átomo pode dizer muito sobre isso, e isso levará a análise de materiais e substâncias a um nível incrível e pode ter o impacto mais forte em nossas vidas.
Fonte da imagem: Saw-Wai Hla
Os cientistas há muito aprenderam a tirar imagens de átomos individuais usando microscopia de força eletrônica, mas reconhecer elementos químicos individuais neles e, mais ainda, aprender sobre sua atividade química, permaneceu muito além dos sonhos. O novo método permite não apenas descobrir o átomo de qual elemento encontramos, mas também fornecer informações sobre sua interação com outros elementos e quão forte ele é.
A sensibilidade dos instrumentos analíticos para átomos individuais não pode ser superestimada. Pode virar o mundo de cabeça para baixo, dizem os desenvolvedores do método. Pesquisadores da área de ciência de materiais e bioquímica poderão aprender absolutamente tudo sobre as amostras que ajudarão na busca por medicamentos e na criação de materiais com muitas propriedades surpreendentes.
Imagem de uma molécula com um único átomo de ferro
O trabalho sobre o estudo das propriedades dos átomos individuais foi apresentado por químicos da China, Estados Unidos e França. O artigo foi publicado na Nature. O síncrotron APS no Argonne National Laboratory foi usado para o experimento. Foi usado para análise de difração de raios X de amostras e, de fato, de átomos individuais.
A ciência moderna chegou ao ponto em que a análise de difração de raios X determina as propriedades químicas das substâncias examinando pelo menos 10.000 átomos em uma amostra. A nova técnica melhora a detecção em quatro ordens de grandeza, o que parece incrível. No entanto, em amostras com íons de ferro e cátions de térbio, os cientistas foram capazes de detectar com confiança sinais de átomos individuais de ferro e térbio. Além disso, eles obtiveram do sinal informações sobre o grau de atividade química de cada um dos átomos e quão fortemente eles interagiam com os átomos de outras substâncias ao seu redor.
À esquerda está a imagem de uma molécula com um único átomo de ferro, e à direita está uma curva de corrente através do detector, detectando o ferro e sua atividade química
O processo de análise foi o seguinte. A ponta da sonda mais fina do detector foi trazida para a amostra e passou sobre o material em tal proximidade que os elétrons poderiam tunelar dos átomos para o detector (essa distância é de um nanômetro). Os próprios elétrons, ou mais precisamente os fotoelétrons, foram eliminados pelos raios X dos átomos da amostra. Como os elétrons foram eliminados do chamado núcleo ou níveis inferiores, no caminho para o detector eles passaram pelos orbitais superiores e realmente coletaram informações sobre a atividade química de um determinado átomo e sobre o próprio átomo. Os átomos de ferro e térbio foram detectados de forma confiável por este método, mas provavelmente levará muito tempo para implementação prática.