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Utilisés pour imager nos os ou nos dents, les rayons X peuvent également offrir un aperçu unique du monde moléculaire et des réactions chimiques associées. Pour la première fois, des physiciens sont parvenus à radiographier un seul atome à l’aide de cette forme de rayonnement hautement énergétique.
Une grande première
Détaillés dans la revue Nature, ces travaux pionniers ont impliqué un atome de fer et un atome de terbium (appartenant au groupe des terres rares), tous deux insérés dans leurs hôtes moléculaires respectifs. À l’aide d’un minuscule détecteur constitué d’une pointe métallique placée au plus près de l’échantillon, les chercheurs de l’université de l’Ohio ont pu mesurer les électrons excités par les rayons X, émis par un instrument expérimental.
Constituant des empreintes élementaires uniques, les spectres d’absorption des rayons X obtenus ont permis d’identifier directement le type d’élément des matériaux et de comparer le comportement chimique de chacun des atomes.
« Les atomes peuvent être régulièrement imagés à l’aide de microscopes à sonde locale, mais sans rayons X, on ne peut pas savoir de quoi ils sont faits. Nous pouvons maintenant détecter exactement le type d’un atome particulier, un atome à la fois, et mesurer simultanément son état chimique », explique Saw Wai Hla, auteur principal de l’étude.
« Nous avons constaté que l’atome de terbium était plutôt isolé et ne change pas d’état chimique, quand celui de fer interagissait fortement avec son environnement », ajoute le chercheur.
De nouvelles perspectives
« La technique utilisée et le concept démontré dans cette étude ouvrent de nouvelles perspectives dans le domaine de la science des rayons X et des études à l’échelle nanométrique », estime Tolulope Michael Ajayi, co-auteur de l’étude.
Selon le chercheur, la possibilité d’étudier directement les propriétés physiques et chimiques d’un échantillon pourrait notamment permettre d’améliorer les performances d’un vaste éventail de matériaux et élargir leurs applications.
« L’utilisation des rayons X pour détecter et caractériser des atomes individuels promet également de révolutionner la recherche et donner naissance à de nouvelles technologies dans des domaines tels que l’information quantique ainsi que la recherche environnementale et médicale », conclut Ajayi.