Aquí está el primer X del mundo

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Durante décadas, la ciencia ha mejorado cada vez más en vislumbrar lo que antes era invisible al capturar el mundo microscópico de los átomos, los componentes básicos de todo.

En un nuevo artículo, científicos de la Universidad de Ohio, el Laboratorio Nacional de Argonne y la Universidad de Illinois-Chicago han tomado rayos X de un solo átomo por primera vez.

Los átomos de rayos X ayudarán a los científicos a comprender mejor sus estados químicos, lo que podría conducir a avances en medicina y tecnología.

Los átomos lo componen todo, por lo que tiene sentido que los científicos quieran visualizarlos de todas las formas imaginables. En 2008, por ejemplo, los físicos tomaron imágenes de un átomo de hidrógeno utilizando un microscopio electrónico. En 2013, los científicos vislumbraron los electrones de un átomo usando un microscopio cuántico. Y en 2018, un estudiante de la Universidad de Oxford incluso tomó una imagen de un átomo usando una cámara comprada en una tienda.

Ahora, científicos de la Universidad de Ohio, el Laboratorio Nacional de Argonne y la Universidad de Illinois-Chicago han tomado rayos X del primer átomo. Este es un avance innovador, ya que comprender un átomo en su forma más minúscula podría conducir a avances en las ciencias médicas y ambientales.

Los rayos X son muy adecuados para investigar átomos, ya que su distribución de longitud de onda imita el tamaño de un átomo. Pero antes de esta demostración, publicada el miércoles en la revista Nature, los rayos X más pequeños posibles solo tenían la resolución para hacer que las imágenes fueran claras hasta el tamaño de un attograma, o alrededor de 10,000 átomos. En ese momento, las emisiones de rayos X de un átomo se consideraban demasiado débiles para ser detectadas. Pero todo eso ha cambiado.

"Los átomos se pueden visualizar de forma rutinaria con microscopios de sonda de barrido, pero sin rayos X no se puede decir de qué están hechos", dijo en un comunicado la Universidad de Ohio y el autor principal Saw Wai Hla. "Ahora podemos detectar exactamente el tipo de un átomo en particular, un átomo a la vez, y podemos medir simultáneamente su estado químico".

En la demostración, Hla y su equipo utilizaron un átomo de hierro (Fe) y un átomo de terbio (Tb), ambos alojados en un huésped supramolecular, y una técnica compleja conocida como microscopía de túnel de barrido de rayos X sincrotrón (SX-STM). Este proceso funciona pasando una punta afilada sobre una superficie y generando una imagen a partir de la punta (similar a una aguja de registro que lee los surcos de un disco de vinilo, señala Ars Technica).

Aprovechando un fenómeno conocido como "tunelización cuántica", donde las partículas cuánticas ocasionalmente saltan a través de objetos sólidos, los átomos del núcleo excitado hacen un túnel hasta esta punta, formando una especie de huella dactilar elemental que identifica tanto a cada átomo individual presente como a sus estados químicos. Hala explica:

"También hemos detectado los estados químicos de los átomos individuales. Al comparar los estados químicos de un átomo de hierro y un átomo de terbio dentro de los respectivos anfitriones moleculares, encontramos que el átomo de terbio, un metal de tierras raras, está más bien aislado y no cambiar su estado químico, mientras que el átomo de hierro interactúa fuertemente con su entorno".

Comprender los átomos y sus estados químicos en su forma más fundamental permitirá a los científicos manipular mejor los materiales, como los metales de tierras raras que se encuentran en casi todos los dispositivos electrónicos, para hacerlos más eficientes.

A medida que los científicos continúan encontrando formas de obtener imágenes de lo muy pequeño, descubren simultáneamente las implicaciones muy grandes de esos avances que cambian el mundo.

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