Ciencias

Caracterización de átomos individuales mediante espectroscopia de rayos X y microscopía de túnel de barrido

Los microscopios de túnel de barrido (STM, por sus siglas en inglés) son herramientas asombrosas que pueden manipular átomos individuales, pero no pueden caracterizar esos átomos, ya que solo actúan en la capa externa de los electrones. Mientras tanto, la espectroscopia de rayos X es una gran herramienta para caracterizar materiales, pero hasta ahora no ha podido reducirse a átomos individuales. Es aquí que uno estudio reciente (muro de pago, ver artículo resumen) de Tolulope M. Ajayi y sus colegas demuestra cómo STM y los rayos X se pueden combinar para caracterizar átomos individuales.

Estructura de una parte del complejo supramolecular utilizado para medir el espectro de absorción de rayos X de un solo átomo de hierro.  El átomo de hierro (rojo) se mantiene dentro de varias estructuras en forma de anillo.  (Crédito: Ajayi et al., 2023)
Estructura de una parte del complejo supramolecular utilizado para medir el espectro de absorción de rayos X de un solo átomo de hierro. El átomo de hierro (rojo) se mantiene dentro de varias estructuras en forma de anillo. (Crédito: Ajayi et al., 2023)

Esta investigación se basa en investigaciones previas sobre STM de rayos X de sincrotrón (SX-STM) que se ha utilizado para imágenes a nanoescala desde 2009, pero aún no a la escala de un solo átomo. La clave de este logro fue sintetizar complejos supramoleculares que pudieran actuar como ‘pinzas’ para mantener el átomo bajo investigación en su lugar y lejos de los átomos de la misma especie. Esto no solo permitió identificar el átomo usando el SX-STM, sino que también demostró que las propiedades químicas más sutiles del átomo pueden analizarse de esta manera, como la forma en que interactúa con otros átomos.

La información así recogida coincide con lo que sabemos de los dos átomos utilizados en el estudio: el hierro y el raro terbio, este último no hibridó su orbitales f (ℓ = 3) observable. Para átomos menos estudiados, este método puede proporcionar una forma muy eficiente de obtener una descripción detallada de sus propiedades. Además, en futuros estudios, los investigadores esperan utilizar rayos X polarizados para obtener también información sobre el estado de espín de un átomo, lo que abre interesantes posibilidades en áreas como espintrónica y tecnologías de la memoria.

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Imagen de encabezado: Como la punta se escaneó en diez posiciones en una muestra que contenía dos átomos de terbio, captó una señal solo de las posiciones (2 y 9) donde se encontraba el terbio (izquierda: imagen STM; derecha: boceto de la correspondiente estructura molecular). (Crédito: Ajayi et al, 2023)


Prudencia Febo

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