A primeira radiografia mundial de um único átomo revela a química no menor nível: WebCuriosos
Os átomos podem não ter ossos, mas ainda assim queremos saber como eles são formados. Estas minúsculas partículas são a base sobre a qual toda a matéria normal é construída (incluindo os nossos ossos), e compreendê-las ajuda-nos a compreender o Universo maior.
Atualmente usamos luz de raios X de alta energia para nos ajudar a entender átomos e moléculas e como eles estão organizados, captando feixes difratados para reconstruir suas configurações na forma de cristal.
Agora, os cientistas usaram raios X para caracterizar as propriedades de um único átomo, mostrando que esta técnica pode ser usada para compreender a matéria ao nível dos seus mais ínfimos blocos de construção.
“Aqui,” escrever uma equipe internacional liderados pelo físico Tolulope Ajayi, da Universidade de Ohio e do Laboratório Nacional Argonne, nos EUA, “mostramos que os raios X podem ser usados para caracterizar o estado elementar e químico de apenas um átomo”.
Os raios X são considerados uma sonda adequada para a caracterização de materiais em nível atômico porque sua distribuição de comprimento de onda é comparável ao tamanho de um átomo.
E existem várias técnicas para lançar raios X em coisas para ver como elas são montadas em escalas realmente minúsculas.
Um deles é raios X síncrotronem que os elétrons são acelerados ao longo de uma trajetória circular até o ponto em que brilham intensamente com luz de alta energia.
Para tentar resolver escalas realmente finas, Ajayi e seus colegas usaram uma técnica que combina raios X síncrotron com uma técnica de microscopia para imagens em escala atômica chamada microscopia de tunelamento de varredura. Isto emprega uma excelente sonda condutora de ponta afiada que interage com os elétrons do material de teste no que é conhecido como “tunelamento quântico”.
Em proximidades muito próximas (como meio nanômetro), a posição precisa de um elétron é incerta, espalhando-o no espaço entre o material e a sonda; o estado do átomo pode então ser medido na corrente resultante.
Juntas, as duas técnicas são conhecidas como microscopia de tunelamento por varredura de raios X síncrotron (SX-STM). A radiação X amplificada excita a amostra e o detector em forma de agulha coleta os fotoelétrons resultantes. E é uma técnica empolgante que abre possibilidades incríveis: no ano passado, a equipe publicou um artigo sobre o uso do SX-STM para girar uma única molécula.
Desta vez, eles foram ainda menores, tentando medir as propriedades de um único átomo de ferro. Eles criaram separadamente montagens supramolecularesincluindo íons de ferro e térbio dentro de um anel de átomos no que é chamado de ligante. Um átomo de ferro e seis átomos de rubídio foram ligados a ligantes de terpiridina; térbio, oxigênio e bromo foram ligados usando ligantes piridina-2,6-dicarboxamida.
Essas amostras foram então submetidas ao SX-STM.
A luz que o detector recebe não é a mesma que a luz emitida na amostra. Alguns comprimentos de onda são absorvidos pelos elétrons no núcleo atômico, o que significa que existem algumas linhas mais escuras no espectro de raios X recebido.
Essas linhas mais escuras, descobriu a equipe, são consistentes com os comprimentos de onda absorvidos pelo ferro e pelo térbio, respectivamente. Os espectros de absorção também poderiam ser analisados para determinar os estados químicos desses átomos.
Para o átomo de ferro ocorreu algo interessante. O sinal de raios X só pôde ser detectado quando a ponta da sonda estava localizada precisamente acima do átomo de ferro em sua estrutura supramolecular e extremamente próxima.
Isto, dizem os pesquisadores, confirma a detecção no regime de tunelamento. Como o tunelamento é um fenômeno quântico, isso tem implicações para o estudo da mecânica quântica.
“Nosso trabalho” os pesquisadores escrevem“conecta raios X síncrotron com um processo de tunelamento quântico e abre futuros experimentos de raios X para caracterizações simultâneas de propriedades elementares e químicas de materiais no limite final de um único átomo.”
Provavelmente é pelo menos tão bom quanto ossos.
A pesquisa foi publicada em Natureza.
