Explorer l'infiniment petit: première radiographie d'un atome unique

Un atome isolé peut sembler insignifiant, mais il peut détenir le secret de nombreuses avancées scientifiques. L'équipe de chercheurs dirigée par Saw Wai Hla, professeur de physique à l'Université de l'Ohio et scientifique au Laboratoire national d'Argonne, a réussi à prendre la première signature en rayons X d'un seul atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...), ouvrant ainsi de nouvelles perspectives dans la détection des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...).


Depuis leur invention par Roentgen en 1895, les des rayons X sont omniprésents, de l'examen médical à l'exploration des roches martiennes par le rover Curiosity de la NASA. Une des utilisations importantes des rayons X en science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire...) est d'identifier le type de matériaux dans un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...). Grâce aux avancées technologiques, la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) nécessaire pour une détection par rayons X a considérablement diminué, mais jusqu'à présent, il était impossible de détecter un seul atome en raison de la faiblesse du signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) produit.

L'équipe de Hla a réussi à dépasser cette limite en utilisant une technique appelée microscopie à effet tunnel (L'effet tunnel désigne la propriété que possède un objet quantique de franchir...) par balayage de rayons X synchrotron (Le terme synchrotron désigne un grand instrument électromagnétique destiné...) (SX-STM). Cette méthode a permis de détecter la signature en rayons X d'un unique atome de fer et d'un unique atome de terbium (Le terbium est un élément chimique, de symbole Tb et de numéro atomique 65.), tous deux insérés dans leur structure moléculaire respectif.


Les chercheurs ont également réussi à détecter l'état chimique des atomes individuels, ce qui ouvre des perspectives passionnantes dans la recherche sur les propriétés quantiques et magnétiques d'un seul atome en utilisant des rayons X synchrotron. De plus, ils ont développé une nouvelle méthode appelée "X-ray excited resonance tunneling" ou "X-ERT" qui leur permet de détecter comment les orbitales d'une seule molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) s'orientent sur une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de matériau à l'aide de rayons X synchrotron.

L'équipe de Hla a fait des progrès significatifs au cours des 12 dernières années, depuis la première conception de l'instrument SX-STM jusqu'à cette réalisation majeure. Cette prouesse ouvre la voie à des applications dans la détection d'éléments à l'échelle atomique, ce qui aura un impact considérable sur les sciences de l'environnement et médicales.