Voici le premier X au monde

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Pendant des décennies, la science est devenue de mieux en mieux pour entrevoir ce qui était auparavant invisible en capturant le monde microscopique des atomes – les éléments constitutifs de tout.

Dans un nouvel article, des scientifiques de l’Université de l’Ohio, du Laboratoire national d’Argonne et de l’Université de l’Illinois-Chicago ont radiographié un seul atome pour la première fois.

Les atomes radiographiques aideront les scientifiques à mieux comprendre leurs états chimiques, ce qui pourrait conduire à des progrès en médecine et en technologie.

Les atomes constituent tout, il est donc logique que les scientifiques veuillent les imager de toutes les manières imaginables. En 2008, par exemple, des physiciens ont imagé un atome d’hydrogène à l’aide d’un microscope électronique. En 2013, des scientifiques ont aperçu les électrons d’un atome à l’aide d’un microscope quantique. Et en 2018, un étudiant de l’Université d’Oxford a même imagé un atome à l’aide d’un appareil photo acheté en magasin.

Maintenant, des scientifiques de l’Université de l’Ohio, du Laboratoire national d’Argonne et de l’Université de l’Illinois-Chicago ont radiographié le premier atome. Il s’agit d’un progrès révolutionnaire, car la compréhension d’un atome dans sa forme la plus minuscule pourrait conduire à des progrès dans les sciences médicales et environnementales.

Les rayons X sont bien adaptés à l’étude des atomes, car leur distribution de longueur d’onde imite la taille d’un atome. Mais avant cette démonstration – publiée mercredi dans la revue Nature – la plus petite radiographie possible n’avait que la résolution de rendre les images claires jusqu’à la taille d’un attogramme, soit environ 10 000 atomes. À l’époque, les émissions de rayons X d’un atome étaient considérées comme trop faibles pour être détectées. Mais tout cela a changé.

« Les atomes peuvent être systématiquement imagés avec des microscopes à sonde à balayage, mais sans rayons X, on ne peut pas dire de quoi ils sont faits », a déclaré l’Université de l’Ohio et auteur principal Saw Wai Hla dans un communiqué. « Nous pouvons maintenant détecter exactement le type d’un atome particulier, un atome à la fois, et mesurer simultanément son état chimique. »

Dans la démonstration, Hla et son équipe ont utilisé un atome de fer (Fe) et un atome de terbium (Tb) – tous deux logés dans un hôte supramoléculaire – et une technique complexe connue sous le nom de microscopie à effet tunnel synchrotron à balayage X (SX-STM). Ce processus fonctionne en passant une pointe pointue sur une surface et en générant une image à partir de la pointe (un peu comme une aiguille de disque lisant les rainures d’un disque vinyle, note Ars Technica).

Tirant parti d’un phénomène connu sous le nom de « tunnel quantique » - où les particules quantiques sautent parfois à travers des objets solides - les atomes du noyau excité creusent un tunnel jusqu’à cette pointe, formant une sorte d’empreinte élémentaire qui identifie à la fois chaque atome individuel présent et leurs états chimiques. Hla explique :

« Nous avons également détecté les états chimiques des atomes individuels. En comparant les états chimiques d’un atome de fer et d’un atome de terbium à l’intérieur d’hôtes moléculaires respectifs, nous constatons que l’atome de terbium, un métal de terres rares, est plutôt isolé et ne change pas son état chimique, tandis que l’atome de fer interagit fortement avec son environnement.

Comprendre les atomes et leurs états chimiques dans leur état le plus fondamental permettra aux scientifiques de mieux manipuler les matériaux, tels que les métaux des terres rares présents dans presque tous les appareils électroniques, afin de les rendre plus efficaces.

Alors que les scientifiques continuent de trouver des moyens d’imager le très petit, ils découvrent simultanément les très grandes implications de ces percées qui changent le monde.

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