Observar un átomo aislado

“La investigación del doctor Crewe abrió una nueva ventana al mundo liliputiense de los ladrillos fundamentales de la naturaleza” escribe el periodista John Markoff, “y nos ofrece una nueva herramienta, muy poderosa, para comprender la arquitectura de todas las cosas, desde los tejidos orgánicos hasta las aleaciones metales”.

El mundo nunca había visto un átomo por medio de un microscopio de electrones antes de que Albert Crewe, profesor de la universidad de Chicago, utilizara la primera versión exitosa de su microscopio electrónico de transmisión y barrido. Aunque la idea de una partícula elemental ya había sido propuesta en el siglo v a.C. por el filósofo griego Demócrito, los átomos eran demasiado pequeños y no podían observarse por medio de microscopios ópticos. En 1970, Crewe publicó en la revista Science un artículo fundamental titulado “La visibilidad de los átomos individuales”, en el que se presentaba pruebas fotográficas de átomos de uranio y torio.

“Tras asistir a un congreso en Inglaterra, se olvidó de comprar un libro para el viaje en el aeropuerto; en el avión sacó un bloc de notas y esbozó dos formas de mejorar los microscopios existentes”, escribe Markoff. Más tarde, Crewe diseñó una fuente mejorada de electrones (un cañón de emisión de campo) para barrer la muestra.

Los microscopios de electrones utilizan un rayo de electrones para iluminar las muestras. En el microscopio electrónico de transmisión, inventado en torno a 1933 por Max Knoll y Ernst Ruska, los electrones atraviesan una delgada muestra seguida por una lente magnética creada por una bobina portadora de corriente. El microscopio electrónico de barrido se sirve de lentes eléctricas y magnéticas colocadas antes de la muestra para focalizar los electrones en un pequeño punto que a continuación se barre por toda la superficie. El STEM es un híbrido de ambas técnicas.

En 1955, el física Erwin Müller utilizó un microscopio de iones en campo observar átomos. El aparato utilizaba un campo eléctrico grande, aplicado a una punta metálica afilada en un gas. Los átomos del gas que llegaban al punto se ionizaban y podían ser detectados. Según el físico Peter Nellist, “dado que es más probable que el proceso se dé en lugares concretos de la superficie de la punta, en los niveles de la estructura atómica, la imagen es resultante representa la estructura atómica subyacente de la muestra”.