Atome unique X

De nombreux profanes ne savent pas que la science n'a jamais été capable de radiographier un seul atome.

Le mieux que les scanners synchrotron de pointe actuels puissent gérer est de radiographier un attogramme - environ 10 000 atomes - mais le signal produit par un seul atome est si faible que les détecteurs conventionnels ne peuvent pas être utilisés. Jusqu'ici.

Cet exploit historique a été réalisé grâce à un instrument synchrotron spécialement conçu au Laboratoire national d'Argonne dans l'Illinois utilisant une technique connue sous le nom de SX-STM (microscopie à effet tunnel à balayage de rayons X synchrotron).

Les chercheurs à l'origine de cette percée affirment qu'elle ouvre la voie à la recherche de remèdes contre les principales maladies potentiellement mortelles, au développement d'ordinateurs quantiques ultra-rapides et à d'autres avancées dans les matériaux et l'éco-science.

Les atomes sont les particules qui construisent les molécules et la limite à laquelle toute substance peut être décomposée chimiquement. Il y en a autant dans une balle de golf qu'il y en aurait sur Terre.

SX-STM peut maintenant les mesurer à un degré infinitésimal. L'exploit a été décrit comme le «Saint Graal» de la physique et un rêve de longue date du professeur Saw Wai Hla de l'Ohio State University, l'auteur principal de l'article expliquant la découverte.

"Les atomes peuvent être régulièrement imagés avec des microscopes à sonde à balayage, mais sans rayons X, on ne peut pas dire de quoi ils sont faits", a expliqué le Dr Hla. "Nous pouvons désormais détecter exactement le type d'un atome particulier, un atome à la fois, et mesurer simultanément son état chimique. Cette découverte transformera le monde."

Depuis sa découverte par Roentgen en 1895, les rayons X ont été utilisés dans des dizaines d'applications et de domaines, des examens médicaux aux contrôles de sécurité dans les aéroports.

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Une utilisation importante des rayons X en science est d'identifier le type de matériaux dans un échantillon. Au fil des ans, la quantité de matériaux dans un échantillon nécessaire à la détection par rayons X a été fortement réduite grâce au développement des rayons X synchrotron.

SX-STM collecte des électrons excités, des particules à l'extérieur d'un atome qui se déplacent autour des protons et des neutrons à l'intérieur, et le spectre ainsi produit est comme une empreinte digitale qui permet la détection précise de ce qu'est l'atome.

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"La technique utilisée et le concept éprouvé dans cette étude ont ouvert de nouvelles perspectives dans la science des rayons X et les études à l'échelle nanométrique", a déclaré le premier auteur Tolulope Michael Ajayi, doctorant à l'Ohio.

"Plus encore, l'utilisation des rayons X pour détecter et caractériser des atomes individuels pourrait révolutionner la recherche et donner naissance à de nouvelles technologies dans des domaines tels que l'information quantique et la détection d'oligo-éléments dans la recherche environnementale et médicale, pour n'en nommer que quelques-uns."

"Cette réalisation ouvre également la voie à l'instrumentation avancée de la science des matériaux."

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