Penser aux rayons X peut évoquer des souvenirs de fractures ou d’examens dentaires. Mais cette lumière hautement énergétique peut nous montrer plus que nos os : elle est également utilisée pour étudier le monde moléculaire, voire les réactions biochimiques en temps réel. Cependant, un problème est que les chercheurs n’ont jamais pu étudier un seul atome avec des rayons X. jusqu’à maintenant.

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 types différents), mais ils ont également pu étudier le comportement chimique de ces atomes.

« Les atomes peuvent être régulièrement imagés avec des microscopes à sonde à balayage, mais sans rayons X, on ne peut pas dire de quoi ils sont faits », a déclaré le professeur Sao Wai Hla, auteur principal de l’Université de l’Ohio et du Laboratoire national d’Argonne, dans un article. déclaration.

« Une fois que nous sommes capables de faire cela, nous pouvons suivre le matériau jusqu’à la limite d’un seul atome. Cela aura un impact énorme sur les sciences environnementales et médicales et peut-être même trouver un traitement qui pourrait avoir un impact énorme sur la race humaine. Cette découverte va changer le monde.

Le travail a pu tracer un atome de fer et un atome de terbium, un élément qui fait partie des métaux dits de terres rares. Les deux ont été insérés dans leurs hôtes moléculaires. Le 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. À partir des mesures recueillies par la pointe, l’équipe peut dire s’il s’agit de fer ou de terbium, et ce n’est pas tout.

« Nous avons également découvert les états chimiques des atomes individuels », a expliqué Hla. « En comparant les états chimiques d’un atome de fer et d’un atome de terbium dans des hôtes moléculaires spéciaux, nous constatons qu’un atome de terbium, un métal de terre rare, est plus ou moins isolé et ne change pas d’état chimique alors que l’atome de fer interagit fortement avec les environs. »

Le signal vu par le détecteur a été comparé à une empreinte digitale. Il permet aux chercheurs de comprendre la composition de l’échantillon, ainsi que d’étudier ses propriétés physiques et chimiques. Cela peut être essentiel pour améliorer les performances et l’application d’une variété de matériaux courants et moins courants.

« La technique utilisée et le concept démontré dans cette étude ont ouvert de nouveaux horizons dans la science des rayons X et les études à l’échelle nanométrique », a déclaré Tululop Michael Ajay, le premier auteur de l’article qui a effectué les travaux dans le cadre de sa thèse de doctorat. De plus, l’utilisation des rayons X pour détecter et caractériser des atomes individuels pourrait révolutionner la recherche et générer de nouvelles technologies dans des domaines tels que l’information quantitative 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 des dispositifs avancés en science des matériaux. »

L’étude a été publiée dans la revue nature.