Os cientistas usaram raios-X para examinar detalhadamente um único átomo pela primeira vez. Se você quebrou um osso, provavelmente já viu uma radiografia do braço ou da perna. Nos aeroportos, as verificações de segurança também envolvem a passagem por máquinas de raios X. Essas máquinas podem detectar vários objetos, mas a captura de um átomo singular permaneceu uma tarefa difícil – até agora.
Uma equipe liderada pelo professor Saw Wai Hla, da Universidade de Ohio, e um cientista do Laboratório Nacional de Argonne embarcou em uma missão. Com financiamento do Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Ciências Básicas de Energia, o objetivo era desenvolver uma técnica para identificar um único átomo usando raios X. Anteriormente, a tecnologia só conseguia detectar aglomerados de átomos, sendo o menor grupo de cerca de 10.000 átomos.
“Por que focar em apenas um átomo?” alguém pode perguntar. Hla forneceu uma analogia simples: “Sem os raios X, não há como saber do que é feito um átomo”. Um raio X de um único átomo é semelhante a uma impressão digital, revelando não apenas suas propriedades físicas, mas também químicas.
Antes deste projeto, os átomos podiam ser visualizados com microscópios de sonda de varredura. No entanto, estes métodos não permitiam a determinação do tipo específico de um átomo ou do seu estado químico individualmente.
A abordagem da equipe envolveu um instrumento de raios X síncrotron especialmente construído no Centro de Materiais em Nanoescala do Laboratório Nacional de Argonne. Eles fizeram experiências com um átomo de ferro e um átomo de térbio, colocando cada um em seus respectivos hospedeiros moleculares. Para capturar o sinal de raios X de um único átomo, eles usaram detectores especializados, que incluíam uma ponta de metal afiada colocada extremamente perto da amostra para coletar elétrons excitados por raios X.
A técnica de raios X revelou seis átomos de rubídio e um átomo de ferro (Ajayi et al., Nature)
Esta técnica, conhecida como microscopia de tunelamento de raios X síncrotron (SX-STM), marcou um avanço significativo na ciência dos raios X e nos estudos em nanoescala. “Abrimos novos caminhos com esta tecnologia”, disse Tolilope Michael Ajayi, o primeiro autor do estudo.
Seus resultados foram promissores. Eles não apenas detectaram a assinatura de raios X de um único átomo, mas também identificaram os estados químicos desses átomos. Eles descobriram que o átomo de térbio permanece bastante isolado e não altera seu estado químico, enquanto o átomo de ferro interage fortemente com o seu entorno.
As descobertas foram publicadas em um artigo intitulado “Caracterização de apenas um átomo usando raios síncrotron”, na revista Nature. O artigo destaca como seu trabalho une os raios X síncrotrons com um processo de tunelamento quântico, abrindo caminho para experimentos futuros que poderiam caracterizar simultaneamente as propriedades elementares e químicas dos materiais no nível de um único átomo.
Hla expressou otimismo sobre as implicações de sua pesquisa. “Quando conseguirmos fazer isso de forma consistente, poderemos rastrear materiais até o limite máximo de apenas um átomo. Isso poderia impactar significativamente as ciências ambientais e médicas e poderia até levar a descobertas que poderiam transformar a saúde humana.”
Este avanço prepara o terreno para aplicações futuras, onde a compreensão dos materiais no nível mais fundamental poderá levar a grandes avanços em vários campos científicos.
