Nanotecnologia

Ponta quântica aumenta resolução de microscópios eletrônicos

Microscópio eletrônico com ponta quântica de gás
A ponta quântica pode ser posicionada sobre a amostra com altíssima precisão, permitindo o estudo de superfícies nanoestruturadas - na ilustração, ela está analisando nanotubos de carbono individualmente. [Imagem: Gierling et al.]

Microscópios de varredura

Microscópios são conhecidos pela sua capacidade de tornar visíveis objetos minúsculos.

Mas "visível" é um termo relativo, já que os microscópios ópticos, que tornam as amostras diretamente visíveis pelo olho humano, têm suas limitações de resolução, bem acima dos limites da nanotecnologia, por exemplo.

Quando os objetos a serem observados são pequenos demais, usa-se os microscópios eletrônicos.

Estes não geram imagens do objeto com luz, mas medindo a superfície da amostra com uma ponta finíssima.

Embora haja várias técnicas, essencialmente a imagem é gerada por computador a partir das variações nas tensões que essa ponta mede, variações estas resultantes da interação entre os átomos da ponta e os átomos da amostra.

Assim, o coração desses microscópios eletrônicos, conhecidos como microscópios de varredura, é a ponta, uma espécie de agulha suspensa que lembra as agulhas dos velhos toca-discos.

A mais precisa delas está no Livros dos Recordes:

Ponta quântica

Agora, cientistas da Universidade de Tubingen, na Alemanha, foram além dos materiais sólidos, e criaram uma ponta de microscópio eletrônico feita de gás.

Para isso, eles resfriaram um gás especialmente puro, formado apenas por átomos de rubídio, a uma temperatura inferior a um milionésimo de grau acima do zero absoluto, e aprisionaram os átomos em uma armadilha magnética.

Esta "ponta quântica", como eles a chamam, pode ser posicionada sobre a amostra com altíssima precisão, permitindo o estudo de superfícies nanoestruturadas.

Quando a temperatura de um gás atômico se aproxima do zero absoluto, ocorre um fenômeno da mecânica quântica que transforma o que é apenas uma nuvem de gás naquilo que é conhecido como um condensado de Bose-Einstein.

Neste estado já não é possível distinguir entre os átomos. Eles se tornam, por assim dizer, um único "super-átomo" gigante.

Modo de contato e modo dinâmico

A grande vantagem da técnica é permitir um aumento significativo na resolução do microscópio, graças à medição mais precisa das interações entre os átomos do gás e os átomos da amostra.

Ela também diminui o tempo necessário para as observações por cobrir um grande volume da área observada ao mesmo tempo.

Em "modo de contato" a ponta quântica perde átomos para a superfície, sendo esta perda dependente da topografia da superfície. Medindo a perda de átomos do condensado de Bose-Einstein, os cientistas conseguem descrever a topografia do material.

No "modo dinâmico", isto é feito medindo a frequência e a amplitude das oscilações do centro de massa da nuvem, o que também depende da estrutura da superfície da amostra.

Bibliografia:

Cold-atom scanning probe microscopy
M. Gierling, P. Schneeweib, G. Visanescu, P. Federsel, M. Haffner, D. P. Kern, T. E. Judd, A. Gunther, J. Fortagh
Nature Nanotechnology
Vol.: 6, 446-451
DOI: 10.1038/NNANO.2011.80




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