La première radiographie au monde d’un seul atome révèle la chimie au plus petit niveau : ScienceAlert

Les atomes n’ont peut-être pas d’os, mais nous voulons toujours savoir comment ils sont assemblés. Ces minuscules particules sont à la base de toute matière naturelle (y compris nos os), et leur compréhension nous aide à comprendre l’univers plus vaste.

Nous utilisons actuellement la lumière à rayons X à haute énergie pour nous aider à comprendre les atomes et les molécules et leur disposition, car nous capturons des faisceaux diffractés pour recréer leurs configurations sous forme cristalline.

Maintenant, les scientifiques ont utilisé les rayons X pour caractériser les propriétés d’un seul atome, démontrant que la technique peut être utilisée pour comprendre la matière au plus petit niveau de ses éléments constitutifs.

« ici, » Écrire une équipe internationale Sous la direction du physicien Tululop Ajayi de l’Université de l’Ohio et du Laboratoire national d’Argonne aux États-Unis, « nous avons montré que les rayons X peuvent être utilisés pour décrire les états élémentaires et chimiques d’un seul atome ».

Les rayons X sont une sonde appropriée pour caractériser les matériaux au niveau atomique car leur distribution de longueur d’onde est comparable à la taille d’un atome.

Et il existe de nombreuses techniques pour lancer des rayons X sur des choses pour voir comment elles sont assemblées à très petite échelle.

L’un de ces Rayons X synchrotronLes rayons X sont accélérés à des énergies élevées afin qu’ils brillent beaucoup plus.

Pour essayer de résoudre les échelles vraiment fines, Ajayi et ses collègues ont utilisé une technique qui combine les rayons X synchrotron avec une technique de microscopie d’imagerie à l’échelle atomique appelée microscope à effet tunnel. Celui-ci utilise une excellente sonde conductrice avec une pointe émoussée qui interagit avec les électrons du matériau de test dans ce que l’on appelle « l’effet tunnel quantique ».

À des particules très proches (telles qu’un demi-nanomètre), la position exacte de l’électron est incertaine, ce qui l’amène à se répandre dans l’espace entre le matériau et la sonde; L’état de l’atome peut alors être mesuré dans le courant résultant.

Ensemble, les deux technologies sont connues sous le nom de microscopie à effet tunnel à balayage de rayons X synchrotron (SX-STM). Les rayons X agrandis excitent l’échantillon et un détecteur en forme d’aiguille collecte les photoélectrons résultants. Et c’est une technologie passionnante qui ouvre des possibilités incroyables : l’année dernière, l’équipe a publié un article sur l’utilisation de SX-STM pour Faire tourner une molécule.

Cette fois, ils sont allés encore plus petit, essayant de mesurer les propriétés d’un seul atome de fer. Créé séparément assemblages supramoléculaires, y compris les ions fer et terbium dans un anneau d’atomes dans ce qu’on appelle une liaison. Un atome de fer et six atomes de rubidium étaient liés par des liaisons terpyridine. Le terbium, l’oxygène et le brome ont été liés à l’aide de liaisons pyridine-2,6-dicarboxamide.

Ces échantillons ont ensuite été soumis à SX-STM.

La lumière reçue par le détecteur est différente de la lumière émise par l’échantillon. Certaines longueurs d’onde sont absorbées par les électrons du noyau atomique, ce qui signifie qu’il existe des lignes plus sombres sur le spectre des rayons X reçus.

L’équipe a découvert que ces lignes sombres correspondent aux longueurs d’onde absorbées respectivement par le fer et le terbium. Les spectres d’absorption peuvent également être analysés pour déterminer les états chimiques de ces atomes.

Pour l’atome de fer, une chose intéressante s’est produite. Le signal de rayons X ne peut être détecté que lorsque la pointe de la sonde est située exactement au-dessus de l’atome de fer dans sa structure supramoléculaire et à proximité immédiate.

Les chercheurs disent que cela confirme la détection dans le système de tunnel. L’effet tunnel étant un phénomène quantique, cela a des implications pour l’étude de la mécanique quantique.

« notre affaire, » écrivent les chercheurs« relie les rayons X synchrotron au processus d’effet tunnel quantique et ouvre de futures expériences de rayons X pour la caractérisation simultanée des propriétés élémentaires et chimiques des matériaux à la limite finale de l’atome unique. »

Peut-être que c’est au moins aussi bon que les os.

Recherche publiée dans nature.