L’imaging a livello atomico ha iniziato a muovere i primi passi negli anni 50 e fino al 2008 ha compiuto passi da gigante costanti e importanti, quell’anno infatti gli scienziati hanno sfruttato un telescopio elettronico per riuscire a ottenere l’immagine di un singolo atomo di idrogeno, successivamente poi, circa 5 anni dopo, i ricercatori hanno sfruttato un “microscopio quantistico” per scrutare all’interno di un atomo di idrogeno, ottenendo la prima osservazione diretta degli orbitali degli elettroni.
Recentemente è stato mosso un altro passo in avanti, si tratta della prima immagine ai raggi X di un singolo atomo grazie a uno studio portato avanti dai ricercatori dell’Ohio University, dell’Argonne National Laboratory e dell’Università dell’Illinois-Chicago, come riportato su Nature.
Atomo di Ferro in un anello
Il ricercatore Saw-Wai Hla, fisico dell’Ohio University e dell’Argonne National Laboratory, ha dichiarato che allo stato attuale i microscopi a scansione di sonda possono fotografare gli atomi con regolarità, grazie ai raggi X sarà possibile identificare con precisione il tipo di un singolo atomo e di misurare contemporaneamente il suo stato chimico, in tal modo si potrà tracciare un materiale fino all’estremo limite di un singolo atomo.
In passato i microscopi sfruttavano l’effetto tunnel quantistico (STM), in termini semplici si faceva scorrere una punta molto sottile e affilata lungo i bordi del campione, ciò portava gli elettroni della punta a passare al campione creando una corrente, veniva così misurata l’intensità della corrente che veniva così trasformata in un’immagine.
Negli ultimi 12 anni, Hla ha lavorato per sviluppare una versione a raggi X dello STM chiamata microscopia a effetto tunnel a raggi X di sincrotrone (SX-STM).
L’SX-STM combina la radiazione di sincrotrone con il tunneling quantistico, nel dettaglio si avvicina nuovamente una punta metallica al campione, la quale questa volta raccoglierà gli elettroni eccitati dai raggi X che passeranno ad uno stato eccitato con più alto livello di energia, il fotoassorbimento degli elettroni fornisce un’impronta digitale elementare che consente di identificare il tipo di atomi presenti nel materiale.