La première radiographie d’un atome unique

La photo ci-dessus represente le moment où des rayons X éclairent un atome de fer, et les électrons qui se trouvent au plus près du noyau sont excités et sont acheminés vers la pointe du détecteur par l’intermédiaire d’orbitales atomiques/moléculaires qui se chevauchent. | Université de l’Ohio  

D’après Trustmyscience.com , les rayons X sont utilisés aujourd’hui dans de multiples domaines. Ils sont notamment utilisés pour identifier les matériaux composant un échantillon de manière non invasive. Ceci nécessite toutefois de disposer d’une quantité suffisante de matériaux, bien que celle-ci ait déjà été largement réduite au fil du temps. Pour la première fois, des chercheurs sont parvenus à radiographier un seul atome, ce qui pourrait révolutionner la manière dont les scientifiques analysent les matériaux.

Depuis la découverte des rayons X par Wilhelm Röntgen en 1895 — découverte qui lui a valu le premier prix Nobel de physique de l’histoire — leur utilisation est omniprésente, de l’imagerie médicale à l’astrophysique, en passant par la cristallographie. (…)
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La caractérisation par rayons X nécessite un grand nombre d’atomes et les scientifiques tentent de réduire cette quantité, afin d’accéder à une technique d’analyse toujours plus précise. Celle-ci a d’ores et déjà été considérablement réduite grâce au développement des sources de rayons X synchrotron et d’instruments plus sophistiqués. À ce jour, la plus petite quantité d’un échantillon qu’il est possible de radiographier est de l’ordre de l’attogramme (10-18 gramme), ce qui correspond à environ 10 000 atomes ou plus. Une équipe de chercheurs annonce avoir réussi, pour la première fois, à radiographier un seul et unique atome.

Caractériser l’état élémentaire et chimique d’un seul atome
Il est d’ores et déjà possible d’imager les atomes individuels à l’aide de microscopes à sonde locale — une technique qui permet de cartographier le relief en balayant la surface à imager à l’aide d’une pointe très fine. Les rayons X permettent d’aller encore plus loin, en identifiant le type d’atome et son état chimique. (…)

Cet exploit n’a pu être réalisé avec un détecteur de rayons X conventionnel : le signal produit par un unique atome est bien trop faible. Pour parvenir à ses fins, l’équipe a utilisé un instrument à rayons X synchrotron spécialement conçu à cet effet, sur la ligne de faisceau XTIP du laboratoire national d’Argonne — la première ligne de faisceau au monde dédiée à la technique de microscopie à effet tunnel à balayage de rayons X synchrotron (SX-STM). Il a fallu 12 ans à Hla et ses collaborateurs pour mettre au point cet instrument.

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