Em feito inédito, cientistas tiram raio-x de um único átomo; entenda

A descoberta, registrada online na quarta-feira (31) na revista Nature, estampou a capa da versão impressa da publicação científica lançada nesta quinta (1º). Até então, a menor quantidade de átomos que se podia radiografar era na unidade do atograma, ou seja, era de cerca de 10 mil átomos ou mais.

Isso ocorre porque o sinal de raios X produzido por um átomo é extremamente fraco, de modo que os detectores convencionais não podem detectá-lo. Mas uma equipe de cientistas de instituições como a Universidade de Ohio, o Laboratório Nacional Argonne e a Universidade de Illinois-Chicago, nos Estados Unidos, buscaram uma saída para o problema.

O grupo conseguiu tirar raio-x de um só átomo usando um instrumento de raios X construído na instalação Advanced Photon Source e no Centro de Materiais em Nanoescala do Laboratório Nacional Argonne, em Illinois.

Primeiro, os cientistas escolheram um átomo de ferro e um átomo de térbio, ambos inseridos em moléculas. Para detectar o sinal de raios x, eles complementaram detectores convencionais com um detector feito de uma afiada ponta de metal posicionada extremamente próxima com a amostra.

A ideia era coletar elétrons excitados por raios X, uma técnica conhecida como microscopia de tunelamento de varredura de raios X síncrotron (SX-STM). Isso permite identificar o tipo elementar dos materiais.

O líder do estudo, Saw Wai Hla, cientista do Laboratório Nacional Argonne e professor de física da Universidade de Ohio, tentou nos últimos 12 anos desenvolver um instrumento SX-STM e seus métodos de medição junto com Volker Rose, cientista do mesmo laboratório.

Segundo explica Hla em comunicado, os átomos podem ser rotineiramente visualizados com microscópios de sondagem de varredura, mas sem raios X não se pode dizer do que eles são feitos. “Agora podemos detectar exatamente o tipo de um átomo em particular, um átomo de cada vez, e podemos medir simultaneamente seu estado químico”, ele conta.

Além de obter a assinatura de raios X de um átomo, a equipe usou essa técnica para investigar o efeito ambiental em um único átomo de terras raras (elementos como lantânio, cério, praseodímio e neodímio). Muitos materiais com esses átomos são usados ​​em dispositivos cotidianos, como celulares, computadores e televisores.

O grupo de cientistas continuará a usar raios X para detectar propriedades de apenas um átomo, a fim de revolucionar ainda mais suas aplicações. “Isso terá um grande impacto nas ciências ambientais e médicas e talvez até sirva para encontrar uma cura que possa ter um grande impacto na humanidade. Essa descoberta vai transformar o mundo”, diz Hla.