Laurent tourelle
Les scientifiques ont pu voir ce que ces atomes faisaient dans les molécules dans lesquelles ils étaient placés.
Penser aux rayons X peut déclencher des souvenirs d’os cassés ou d’examens dentaires. Mais cette lumière extrêmement énergétique peut nous montrer plus que nos os : elle est également utilisée pour étudier le monde moléculaire, voire les réactions biochimiques en temps réel . Un problème, cependant, est que les chercheurs n’ont jamais été en mesure d’étudier un seul atome avec des rayons X. Jusqu’ici.
Les scientifiques ont pu caractériser un seul atome à l’aide de rayons X. Non seulement ils ont pu distinguer le type d’atomes qu’ils voyaient (il y en avait deux différents), mais ils ont également réussi à étudier le comportement chimique de ces atomes.
«Les atomes peuvent être imagés en routine avec des microscopes à sonde à balayage, mais sans rayons X, on ne peut pas dire de quoi ils sont faits. Nous pouvons désormais détecter exactement le type d’un atome particulier, un atome à la fois, et mesurer simultanément son état chimique », a déclaré l’auteur principal, le professeur Saw Wai Hla, de l’Université de l’Ohio et du Laboratoire national d’Argonne. une déclaration .
« Une fois que nous sommes capables de le faire, nous pouvons retracer les matériaux jusqu’à la limite ultime d’un seul atome. Cela aura un grand impact sur les sciences environnementales et médicales et peut-être même cela donnera un remède qui peut avoir un impact énorme sur l’humanité. Cette découverte transformera le monde.
Les travaux ont permis de suivre un atome de fer et un atome de terbium, un élément faisant partie des métaux dits de terres rares. Les deux ont été insérés dans leurs hôtes moléculaires respectifs. Un détecteur de rayons X conventionnel a été complété par un détecteur spécial supplémentaire. Ce dernier avait une pointe métallique pointue spécialisée qui devait être placée très près de l’échantillon pour collecter les électrons excités par les rayons X .
D’après les mesures recueillies par la pointe, l’équipe a pu dire s’il s’agissait de fer ou de terbium, et ce n’est pas tout.
« Nous avons également détecté les états chimiques d’atomes individuels », a expliqué Hla. « En comparant les états chimiques d’un atome de fer et d’un atome de terbium à l’intérieur d’hôtes moléculaires respectifs, nous constatons que l’atome de terbium, un métal de terre rare, est plutôt isolé et ne change pas d’état chimique alors que l’atome de fer interagit fortement avec son environnant. »
Le signal vu par le détecteur a été comparé aux empreintes digitales. Il permet aux chercheurs de comprendre la composition d’un échantillon, ainsi que d’en étudier les propriétés physiques et chimiques. Cela pourrait être essentiel pour améliorer les performances et l’application d’une variété de matériaux courants et moins courants.
« La technique utilisée et le concept éprouvé dans cette étude ont ouvert de nouvelles perspectives dans la science des rayons X et les études à l’échelle nanométrique », a déclaré Tolulope Michael Ajayi, qui est le premier auteur de l’article et qui fait ce travail dans le cadre de sa thèse de doctorat.
« Plus encore, l’utilisation des rayons X pour détecter et caractériser des atomes individuels pourrait révolutionner la recherche et donner naissance à de nouvelles technologies dans des domaines tels que l’information quantique et la détection d’éléments traces dans la recherche environnementale et médicale, pour n’en nommer que quelques-uns. Cette réalisation ouvre également la voie à l’instrumentation avancée de la science des matériaux.
L’étude est publiée dans la revue Nature .
