Un grupo de científicos ha logrado capturar la imagen de átomos con la mayor resolución que se ha visto hasta la fecha. Este logro no solo establece un nuevo récord en el campo de la microscopía, sino que ha sido importante para la investigación de materiales a nivel atómico.
La captura de imágenes de átomos individuales ha sido un desafío constante en el campo de la microscopía electrónica. Aunque los microscopios electrónicos han avanzado considerablemente en las últimas décadas, la resolución de las imágenes ha estado limitada por factores como las aberraciones de lente y la dispersión múltiple. Estos efectos distorsionan las imágenes, impidiendo que los científicos observen los detalles más finos de las estructuras atómicas.
¿Cómo capturaron la imagen con mayor resolución de un átomo?
Un equipo liderado por el físico Zhen Chen, de la Academia China de Ciencias logró este hito utilizando una técnica avanzada llamada ptografía. Esta técnica se basa en la dispersión coherente de electrones y el uso de puntos de iluminación superpuestos para reconstruir imágenes a partir de patrones de difracción. A diferencia de las técnicas convencionales, la ptografía permite trabajar con muestras más gruesas, lo que es fundamental para obtener imágenes detalladas de átomos individuales.
La clave del éxito de esta técnica radica en que la resolución alcanzada depende de la fuerza de dispersión de la muestra, lo que permite superar la vibración térmica de los átomos. En este caso, el equipo de Chen logró una resolución lateral superior a la vibración térmica en un cristal de PrScO₃ (ortoscandato de praseodimio), un material compuesto por praseodimio, escandio y oxígeno.
Esta imagen obtenida en 2021, muestra un cristal puro y perfecto formado por tres tipos diferentes de átomos. Las manchas brillantes que aparecen en pares corresponden a átomos de praseodimio, mientras que las manchas brillantes individuales representan átomos de escandio. Las manchas más tenues, de color rojo, corresponden a átomos de oxígeno. Aunque la imagen muestra un pequeño desenfoque debido al movimiento térmico natural de estos, este desenfoque no afecta significativamente la claridad general de la imagen.
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Este logro no solo es impresionante desde un punto de vista técnico, sino que es importante para la ciencia de materiales. Al poder observar la disposición exacta de los átomos en un material, los científicos pueden entender mejor las propiedades físicas y químicas de los materiales, lo que podría conducir al desarrollo de nuevos materiales con propiedades optimizadas.
El físico David Muller ha señalado que este avance establece un nuevo límite máximo para la resolución en microscopía electrónica. «Se ha alcanzado un régimen que va a ser efectivamente un límite máximo para la resolución. Básicamente, ahora podemos averiguar dónde están los átomos de una manera muy sencilla», afirmó Muller.
Este nivel de precisión permitirá a los científicos medir y analizar estructuras atómicas con un detalle sin precedentes, abriendo nuevas posibilidades en campos como la nanociencia, la física de materiales y la química.
La capacidad de identificar átomos dopantes individuales dentro de una estructura también es un avance valioso. Los átomos dopantes, que son de un elemento diferente que se introducen en un material para alterar sus propiedades, son fundamentales en el desarrollo de semiconductores y otros materiales avanzados. Poder observar estos átomos con una precisión tan alta permitirá a los investigadores diseñar materiales con propiedades personalizadas de manera más eficiente.