Radiografia di un atomo, da oggi si può: “Una scoperta che cambierà il Mondo”

La scienza non smette mai di stupire e ora si appresta a cambiare il Mondo partendo da un minuscolo atomo.

Per la prima volta nella storia, degli scienziati sono riusciti a rilevare il segnale a raggi X di un singolo atomo, ottenendo così un risultato il cui impatto diretto sulle scienze ambientali e mediche sarà di grande rilievo.

Una scoperta che “cambierà il Mondo”, come affermato da chi ha compiuto questo studio.

Un atomo può cambiare il Mondo?

Un gruppo di studio composto da alcuni scienziati dell’Ohio University, dell’Argonne National Laboratory e dell’Università dell’Illinois-Chicago (insieme ad altri enti, ndr) è riuscito a realizzare quella che potremmo definire la prima radiografia di un singolo atomo al Mondo.

A guidare l’esperimento è stato Saw Wai Hla, professore di fisica dell’Ohio University e scienziato dell’Argonne National Laboratory, con il risultato di questo importante studio che è già stato pubblicato sull’autorevole rivista di settore Nature.

Quello ottenuto dal team statunitense è sicuramente un risultato di altissimo profilo e potrebbe essere il primo passo di un cammino che porterà gli scienziati a rivoluzionare il modo in cui vengono rilevati i materiali.

Un utilizzo fondamentale dei raggi X nella scienza, infatti, è quello di identificare il tipo di materiali presenti in un determinato campione preso in analisi e, grazie alla scoperta operata da Hla e la sua squadra, ciò ora sembra destinato a cambiare per sempre.

Fino ad oggi, la quantità minima che si poteva radiografare in un campione era misurabile in attogrammi, ovvero 10.000 o più atomi.

Un limite dovuto al fatto che il segnale dei raggi X prodotto da un atomo risulta molto debole e che impedisce ai comuni rilevatori di tali raggi di produrre un’analisi della singola unità.

Esattamente il limite che gli scienziati sopra citati sono riusciti a superare, come affermato dal capoprogetto Hla:

“Gli atomi vengono fotografati solitamente con dei microscopi a scansione di sonda, ma senza i raggi X non si può dire di cosa siano fatti. Ora, siamo in grado di rilevare esattamente il tipo di un particolare atomo, uno per volta, e di misurarne allo stesso tempo lo stato chimico. Questa ricerca avrà un grande impatto sulle scienze ambientali e mediche. Trasformerà il Mondo”.

Cosa significa?

Al fine di poter raggiungere il proprio scopo e rilevare i raggi X di un singolo atomo, gli scienziati statunitensi hanno costruito uno strumento di sincrotrone a raggi X presso la linea di fascio XTIP dell’Advanced Photon Source e del Center for Nanoscale Materials dell’Argonne National Laboratory.

Entrando più nel concreto, nel corso della loro dimostrazione gli esperti hanno utilizzato come materiale di studio un atomo di ferro e uno di terbio, entrambi inseriti nei propri ospiti molecolari.

Gli scienziati, poi, hanno integrato i rilevatori convenzionali a raggi X con un rilevatore specializzato formato da una punta metallica molto affilata e posta in prossimità del campione scelto.

Lo scopo era quello di raccogliere gli elettroni stimolati dai raggi X, utilizzando così la tecnica nota come microscopia a scansione tunneling a raggi X di sincrotrone o SX-STM.

Ciò è stato indispensabile per rilevare il segnale a raggi X di un singolo atomo, permettendo così agli scienziati di raggiungere il proprio risultato.

Un esperimento davvero rivoluzionario, come ribadito anche da Tolulope Michael Ajayi, primo autore dell’articolo ed esperto che ha svolto questo lavoro come parte della sua tesi di dottorato:

“La tecnica utilizzata e il concetto dimostrato in questo studio hanno aperto un nuovo terreno nella scienza dei raggi X e negli studi su scala nanometrica”.

Come intuibile dalle parole di Ajayi, lo studio compiuto da Hla e dal suo team si è concentrato sulle scienze nanometriche e quantistiche, con focus sulla comprensione delle proprietà chimiche e fisiche dei materiali a livello di ogni singolo atomo.

Non solo. Altro scopo della ricerca era quello di studiare l’effetto ambientale su un singolo atomo di terre rare, materiali di uso quotidiano e presenti in dispositivi come cellulari, pc, tv e, per questo, molto importanti per il progresso della tecnologia.

Un concetto sottolineato sempre da Hla:

“Nel nostro studio, abbiamo rilevato anche gli stati chimici dei singoli atomi. Cosa significa? Confrontando gli stati chimici di un atomo di ferro e di un atomo di terbio all’interno dei rispettivi ospiti molecolari, abbiamo scoperto che l’atomo di terbio – che è un metallo delle terre rare – è piuttosto isolato e non cambia il suo stato chimico, mentre l’atomo di ferro interagisce fortemente con l’ambiente circostante. In futuro, continueremo a utilizzare i raggi X per rilevare le proprietà di un singolo atomo e a trovare dei modi per rivoluzionare ulteriormente le loro applicazioni”.

Lo studio è stato finanziato dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, l’Office of Basic Energy Sciences.