Aqui está o primeiro X do mundo

Dec 04, 2023

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Durante décadas, a ciência ficou cada vez melhor em vislumbrar o anteriormente invisível, capturando o mundo microscópico dos átomos – os blocos de construção de tudo.

Em um novo artigo, cientistas da Universidade de Ohio, do Argonne National Laboratory e da Universidade de Illinois-Chicago radiografaram um único átomo pela primeira vez.

Os átomos de raios-X ajudarão os cientistas a entender melhor seus estados químicos, o que pode levar a avanços na medicina e na tecnologia.

Os átomos compõem tudo, então faz sentido que os cientistas queiram imaginá-los de todas as maneiras imagináveis. Em 2008, por exemplo, os físicos obtiveram imagens de um átomo de hidrogênio usando um microscópio eletrônico. Em 2013, os cientistas vislumbraram os elétrons de um átomo usando um microscópio quântico. E em 2018, um estudante da Universidade de Oxford chegou a fazer imagens de um átomo usando uma câmera comprada em uma loja.

Agora, cientistas da Universidade de Ohio, do Argonne National Laboratory e da Universidade de Illinois-Chicago radiografaram o primeiro átomo. Este é um avanço inovador, pois a compreensão de um átomo em sua forma mais minúscula pode levar a avanços nas ciências médicas e ambientais.

Os raios X são adequados para investigar átomos, pois sua distribuição de comprimento de onda imita o tamanho de um átomo. Mas antes dessa demonstração – publicada na quarta-feira na revista Nature – o menor raio-X possível só tinha resolução para tornar as imagens nítidas até o tamanho de um attograma, ou cerca de 10.000 átomos. Na época, as emissões de raios X de um átomo eram consideradas fracas demais para serem detectadas. Mas tudo isso mudou.

“Os átomos podem ser rotineiramente visualizados com microscópios de varredura, mas sem raios-X não se pode dizer do que eles são feitos”, disse a Universidade de Ohio e o principal autor Saw Wai Hla em um comunicado. “Agora podemos detectar exatamente o tipo de um átomo em particular, um átomo de cada vez, e podemos medir simultaneamente seu estado químico”.

Na demonstração, Hla e sua equipe usaram um átomo de ferro (Fe) e um átomo de térbio (Tb) – ambos alojados em um hospedeiro supramolecular – e uma técnica complexa conhecida como microscopia de tunelamento por varredura de raios-X síncrotron (SX-STM). Esse processo funciona passando uma ponta afiada sobre uma superfície e gerando uma imagem a partir da ponta (não muito diferente de uma agulha de disco lendo as ranhuras de um disco de vinil, observa a Ars Technica).

Aproveitando um fenômeno conhecido como “tunelamento quântico” – onde as partículas quânticas ocasionalmente saltam através de objetos sólidos – os átomos excitados do núcleo chegam a essa ponta, formando uma espécie de impressão digital elementar que identifica cada átomo individual presente e seus estados químicos. Hla explica:

"Também detectamos os estados químicos de átomos individuais. Ao comparar os estados químicos de um átomo de ferro e um átomo de térbio dentro dos respectivos hospedeiros moleculares, descobrimos que o átomo de térbio, um metal de terras raras, é bastante isolado e não mudar seu estado químico, enquanto o átomo de ferro interage fortemente com o que o cerca."

Compreender os átomos e seus estados químicos em sua forma mais fundamental permitirá aos cientistas manipular melhor os materiais – como os metais de terras raras encontrados em quase todos os dispositivos eletrônicos – para torná-los mais eficientes.

À medida que os cientistas continuam a encontrar maneiras de imaginar o que é muito pequeno, eles estão descobrindo simultaneamente as implicações muito grandes dessas descobertas que mudam o mundo.

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