La première radiographie prise d’un seul atome

Un lecteur anonyme cite un rapport d’Ars Technica : L’imagerie à l’échelle atomique est apparue au milieu des années 1950 et n’a cessé de progresser rapidement depuis – à tel point qu’à l’époque En 2008les physiciens ont utilisé avec succès un microscope électronique imager un seul atome d’hydrogène. Cinq ans plus tardles scientifiques ont pu scruter l’intérieur d’un atome d’hydrogène à l’aide d’un “microscope quantique“, entraînant la première observation directe d’orbitales électroniques. Et maintenant nous avons le première radiographie prise d’un seul atomeavec l’aimable autorisation de scientifiques de l’Université de l’Ohio, du Laboratoire national d’Argonne et de l’Université de l’Illinois à Chicago, selon un nouvel article publié dans la revue Nature.

“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 co-auteur Saw-Wai Hla, physicien à l’Université de l’Ohio et au Laboratoire national d’Argonne. “Nous pouvons désormais détecter exactement le type d’un atome particulier, un atome à la fois, et mesurer simultanément son état chimique. Une fois que nous sommes capables de le faire, nous pouvons retracer les matériaux jusqu’à [the] limite ultime d’un seul atome. Cela aura un grand impact sur les sciences environnementales et médicales.” […] Hla travaille depuis 12 ans au développement d’une version rayons X du STM : le synchrotron X-ray-scanning tunneling microscopy, ou SX-STM, qui permettrait aux scientifiques d’identifier le type d’atome et son état chimique. Les méthodes d’imagerie par rayons X comme le rayonnement synchrotron sont largement utilisées dans une myriade de disciplines, y compris l’art et l’archéologie. Mais la plus petite quantité à ce jour qui peut être radiographiée est un attogramme, soit environ 10 000 atomes. C’est parce que l’émission de rayons X d’un seul atome est tout simplement trop faible pour être détectée – jusqu’à présent.

SX-STM combine le rayonnement synchrotron conventionnel avec l’effet tunnel quantique. Il remplace le détecteur de rayons X conventionnel utilisé dans la plupart des expériences de rayonnement synchrotron par un autre type de détecteur : une pointe métallique pointue placée très près de l’échantillon, pour mieux collecter les électrons poussés dans un état excité par les rayons X. Avec la méthode de Hla et al., les rayons X frappent l’échantillon et excitent les électrons du noyau, qui se dirigent ensuite vers la pointe du détecteur. La photoabsorption des électrons du noyau sert en quelque sorte d’empreinte élémentaire pour identifier le type d’atomes dans un matériau. L’équipe a testé sa méthode sur la ligne de faisceau XTIP de la source de photons avancée d’Argonne, en utilisant un atome de fer et un atome de terbium (insérés dans des supramolécules, qui ont servi d’hôtes). Et ce n’est pas tout. “Nous avons également détecté les états chimiques d’atomes individuels”, a dit Salut. “En comparant les états chimiques d’un atome de fer et d’un atome de terbium à l’intérieur des hôtes moléculaires respectifs, nous constatons que l’atome de terbium, un métal de terre rare, est plutôt isolé et ne change pas son état chimique, tandis que l’atome de fer interagit fortement avec son environnement.” De plus, l’équipe de Hla a développé une autre technique appelée tunnel de résonance excitée par rayons X (X-ERT), qui leur permettra de détecter l’orientation de l’orbite d’une seule molécule sur une surface matérielle.