Cientistas relatam o primeiro X do mundo

Uma equipe de cientistas da Universidade de Ohio, do Laboratório Nacional Argonne, da Universidade de Illinois-Chicago e outros, liderada pelo professor de física da Universidade de Ohio e pelo cientista do Laboratório Nacional Argonne, Saw Wai Hla, obteve o primeiro SIGNAL de raios X do mundo ( ou ASSINATURA) de apenas um átomo. Essa conquista inovadora foi financiada pelo Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Ciências Básicas de Energia e pode revolucionar a maneira como os cientistas detectam os materiais.

Desde sua descoberta por Roentgen em 1895, os raios-X têm sido usados ​​em todos os lugares, desde exames médicos até triagens de segurança em aeroportos. Até o Curiosity, o rover da NASA em Marte, está equipado com um dispositivo de raios-X para examinar a composição dos materiais das rochas em Marte. Um uso importante dos raios X na ciência é identificar o tipo de material em uma amostra. Ao longo dos anos, a quantidade de materiais em uma amostra necessária para a detecção de raios-X foi bastante reduzida graças ao desenvolvimento de fontes de raios-X síncrotron e novos instrumentos. Até o momento, a menor quantidade que se pode radiografar uma amostra é em attograma, ou seja, cerca de 10.000 átomos ou mais. Isso ocorre porque o sinal de raios-X produzido por um átomo é extremamente fraco, de modo que os detectores de raios-X convencionais não podem ser usados ​​para detectá-lo. Segundo Hla, é um sonho antigo dos cientistas radiografar apenas um átomo, que agora está sendo realizado pela equipe de pesquisa liderada por ele.

"Os átomos podem ser visualizados rotineiramente com microscópios de sonda de varredura, mas sem raios-X não se pode dizer do que eles são feitos. Agora podemos detectar exatamente o tipo de um átomo específico, um átomo por vez, e podemos medir simultaneamente seu estado químico", explicou Hla, que também é diretor do Instituto de Fenômenos Quânticos e Nanoescala da Universidade de Ohio. "Assim que conseguirmos fazer isso, poderemos rastrear os materiais até o limite máximo de apenas um átomo. Isso terá um grande impacto nas ciências ambientais e médicas e talvez até encontre uma cura que pode ter um grande impacto na humanidade. Isso descoberta transformará o mundo."

Seu artigo, publicado na revista científica Nature (DOI 10.1038/s41586-023-06011-w) em 31 de maio de 2023 e estampando a capa da versão impressa da revista científica em 1º de junho de 2023, detalha como Hla e vários outros físicos e químicos, incluindo Ph.D. estudantes da OHIO, usaram um instrumento de raios-X síncrotron construído especificamente na linha de luz XTIP da Advanced Photon Source e no Center for Nanoscale Materials no Argonne National Laboratory.

Para demonstração, a equipe escolheu um átomo de ferro e um átomo de térbio, ambos inseridos em seus respectivos hospedeiros moleculares. Para detectar o sinal de raios X de um átomo, a equipe de pesquisa complementou os detectores convencionais em raios X com um detector especializado feito de uma ponta de metal afiada posicionada em extrema proximidade com a amostra para coletar elétrons excitados por raios X – uma técnica conhecida como síncrotron Microscopia de tunelamento por varredura de raios X ou SX-STM. A espectroscopia de raios X no SX-STM é desencadeada pela fotoabsorção de elétrons no nível do núcleo, que constituem impressões digitais elementares e são eficazes na identificação direta do tipo elementar dos materiais.

Segundo Hla, os espectros são como impressões digitais, cada um sendo único e capaz de detectar exatamente o que é.

"A técnica usada e o conceito comprovado neste estudo abriram novos caminhos na ciência dos raios X e nos estudos em nanoescala", disse Tolulope Michael Ajayi, que é o primeiro autor do artigo e faz este trabalho como parte de seu doutorado. tese. "Além disso, o uso de raios X para detectar e caracterizar átomos individuais pode revolucionar a pesquisa e dar origem a novas tecnologias em áreas como informação quântica e detecção de oligoelementos em pesquisas médicas e ambientais, para citar algumas. Essa conquista também abre o caminho para instrumentação de ciência de materiais avançados."

Nos últimos 12 anos, Hla esteve envolvida no desenvolvimento de um instrumento SX-STM e seus métodos de medição junto com Volker Rose, um cientista da Advanced Photon Source no Argonne National Laboratory.