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, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives dans la détection des matériaux.


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 est d'identifier le type de matériaux dans un échantillon. Grâce aux avancées technologiques, la quantité de matériau 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 produit.

L'équipe de Hla a réussi à dépasser cette limite en utilisant une technique appelée microscopie à effet tunnel par balayage de rayons X synchrotron (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, 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 s'orientent sur une surface 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.