Questa sonda consente ai ricercatori di identificare la composizione di un campione atomo per atomo, ma anche di mappare con precisione la posizione di ciascun atomo.
Le potenziali applicazioni pratiche sono numerose, dallo sviluppo di nuovi trattamenti contro l’osteoporosi allo sviluppo di carrelli di atterraggio più robusti.
“Non stiamo giocando ai Lego solo con gli atomi”, ha affermato il direttore scientifico della piattaforma PolyAPT, il professor Oussama Moutanabbir, del dipartimento di ingegneria fisica del Polytechnique Montréal. “Se vogliamo capire la posizione degli atomi, non è solo per il (piacere di) farlo, è davvero per capire le prestazioni di un materiale e perché si degraderà”.
La sonda atomica tomografica Invizo 6000 analizza la composizione atomica di un campione rimuovendone gli atomi uno per uno per generare un’immagine tridimensionale dell’oggetto con un livello di dettaglio senza precedenti. Uno spettrometro di massa integrato identifica non solo la natura di ciascun atomo, ma anche la sua forma isotopica. Lo strumento è così sensibile che riconosce gli atomi più piccoli, anche quelli di idrogeno e litio.
Lo strumento potrebbe aiutare a sviluppare materiali all’avanguardia per applicazioni nelle tecnologie dell’informazione quantistica; nanoelettronica; optoelettronica; conversione e stoccaggio dell’energia; leghe metalliche per il settore aerospaziale; tecnologie biointegrate; e biomateriali.
La tecnologia permette inoltre di considerare la progettazione di nuove generazioni di semiconduttori e materiali quantistici sensibili alle variazioni atomiche e alle impurità. Il dispositivo apre finalmente la strada a una migliore conoscenza delle strutture fini, come quelle all’interno delle batterie o dei tessuti biologici come le ossa.
L’acquisizione di un dispositivo così sofisticato, come potete immaginare, non è avvenuta schioccando le dita. Il processo è iniziato sette anni fa e alla fine ha richiesto una partnership tra l’Università di Montreal, l’École de Technologie Supérieure, la McGill University e l’Università di Sherbrooke per raccogliere i milioni di dollari necessari.
I campioni analizzati dalla sonda sono circa mille volte più piccoli di un capello umano. Tagliati a forma di ago, vengono congelati ad una temperatura di -230 gradi centigradi e sottoposti ad un intenso campo elettrico. Le pulsazioni di un laser poi “sollevano” gli atomi in superficie in modo che possano essere analizzati.
“Questi intensi campi elettrici rendono gli atomi sulla superficie ‘sciolti'”, ha spiegato il professor Mouttanabir. Quindi sono necessarie alcune centinaia di impulsi (laser) per strappare l’atomo e, una volta strappato, l’atomo verrà spinto verso il rilevatore.
Il tempo impiegato dall’atomo per raggiungere il rilevatore consente ai ricercatori di determinarne la massa e l’identità chimica. La posizione in cui l’atomo colpisce il rilevatore consente di calcolare dove si trovava sulla superficie del campione.
Il dispositivo ha già prodotto risultati che accendono l’immaginazione, come questo campione di meteorite analizzato dal professor Mouttanabir e dai suoi colleghi.
“Abbiamo scoperto che il meteorite è antecedente alla creazione del sistema solare, quindi ha più di cinque miliardi di anni”, ha detto il ricercatore.
Uno dei collaboratori del professor Mouttanabir sta lavorando, in collaborazione con l’industria, per sviluppare la prossima generazione di scanner a raggi X.
Per individuare i tumori il prima possibile, ha affermato, abbiamo bisogno di rilevatori altamente efficaci. E un elemento chiave di questa efficienza è l’omogeneità su scala atomica dei materiali utilizzati per gli esami radiologici.
Il nuovo dispositivo, ha affermato il professor Mouttanabir, ci consente di “vedere dove sono posizionati gli atomi e la loro posizione e distribuzione determineranno le prestazioni dei rilevatori”. E se il materiale utilizzato sarà più uniforme, saranno necessari meno raggi X per ottenere lo stesso risultato, ha affermato.
“È importante anche per tutto ciò che riguarda la sicurezza”, ha aggiunto il professor Mouttanabir. Presto, negli aeroporti, avremo dei rilevatori (così efficienti) che non avremo più bisogno di svuotare i bagagli”.
L’acquisizione di questa macchina permette, in un certo senso, di “chiudere il cerchio” al professor Mouttanabir, la cui carriera scientifica è stata in qualche modo lanciata da una foto sfocata di un atomo vista in un libro di scienze quando era molto giovane.
“Per me è stato uno shock. Possiamo vedere un atomo?, ha detto in conclusione. Allora sono sempre stato affascinato dal controllo della posizione dell’atomo. In tutti i miei laboratori vogliamo creare materiali un atomo alla volta. Prendiamo sacchi di atomi, li scuotiamo e, se ci sono le giuste condizioni, gli atomi si organizzeranno e creeranno qualcosa di utile”.
