Un grupo de físicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha desarrollado una innovadora técnica de imagen llamada «Discrete Grid Imaging Technique» (DIGIT), que permite a los microscopios ópticos localizar átomos individuales con una precisión sin precedentes. Este avance representa un hito en la capacidad de observar estructuras a escala atómica, un objetivo que ha eludido a los científicos durante décadas debido a las limitaciones inherentes a la óptica convencional.
Los átomos son tan diminutos que una longitud de onda de luz visible, que es mil veces mayor que el diámetro de un átomo, no puede resolverlos. Aunque se han desarrollado técnicas de microscopía de superresolución que permiten observar características a escalas moleculares, los átomos individuales han seguido siendo invisibles para los microscopios ópticos hasta la fecha.
Tecnología de vanguardia en la identificación atómica
El equipo del MIT ha publicado un artículo en Nature Communications donde describen su método DIGIT, que utiliza un enfoque de imagen computacional para resolver la posición exacta de los átomos en una estructura cristalina conocida. Gracias a un «mapa» basado en la configuración atómica del material, los científicos pueden predecir la ubicación más probable de los átomos individuales. Esto les permite ir más allá de lo que las técnicas anteriores podían ofrecer.
La autora principal del estudio, Yuqin «Sophia» Duan, explica que, a diferencia de los métodos previos que solo podían indicar en qué sección se encontraba un átomo, DIGIT permite identificar su posición exacta: «Es como si tuviéramos un plano de asientos y pudiéramos saber exactamente qué asiento ocupa cada átomo». Este enfoque ha permitido alcanzar una resolución de 0.178 angstroms, que es más de la mitad del ancho de un solo átomo.
Esta técnica no solo tiene aplicaciones en la investigación de materiales cuánticos, donde la colocación precisa de átomos es crucial, sino que también ofrece nuevas perspectivas sobre cómo los defectos y las impurezas influyen en el comportamiento de materiales avanzados, desde semiconductores hasta superconductores.
Los métodos convencionales de imagen atómica, como los microscopios electrónicos, requieren condiciones extremas y son inapropiados para muestras biológicas delicadas. Por el contrario, DIGIT opera en condiciones ambientales normales y puede aplicarse a una variedad de materiales, siempre que se conozca su estructura atómica.
El equipo del MIT realizó pruebas utilizando un cristal de diamante, donde reemplazaron átomos de carbono con átomos de silicio. Al aplicar su técnica DIGIT a las imágenes obtenidas por microscopía de superresolución, lograron identificar y localizar con precisión los átomos de silicio dentro de la estructura del diamante, demostrando la eficacia de su nuevo método.
Este avance no sólo abre nuevas vías para el estudio de los materiales a nivel atómico, sino que también subraya la importancia de la investigación científica en el desarrollo de tecnologías que podrían tener un impacto significativo en el futuro, desde la electrónica hasta la biología. Con la disponibilidad del código de DIGIT en GitHub, los investigadores de todo el mundo pueden aplicar esta técnica en sus propios trabajos, lo que podría acelerar significativamente los descubrimientos en campos diversos.
