Microscópio de ressonância magnética detecta um único elétron

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/07/2004

Imagem de um elétron

Cientistas da IBM anunciaram uma descoberta que poderá levar à construção de microscópios capazes de gerar imagens tridimensionais de moléculas com resolução atômica. Eles conseguiram detectar e medir o sinal de um único elétron, aprisionado no interior de uma amostra sólida.

A descoberta poderá também ter grande impacto no estudo de materiais - desde proteínas e fármacos até circuitos integrados e catalisadores industriais - para os quais é essencial um entendimento detalhado da estrutura atômica.

Conhecendo-se a localização exata de átomos específicos no interior de estruturas nanoeletrônicas, por exemplo, será possível o aumento do desempenho e a fabricação de materiais de melhor qualidade. A capacidade de se produzir imagens detalhadas da estrutura atômica de proteínas, por sua vez, poderá levar ao desenvolvimento de novas drogas ou de tornar as atuais mais eficazes.

"Ao longo da história, a capacidade para ver a matéria mais claramente sempre permitiu novas descobertas importantes," afirma Daniel Rugar, coordenador da pesquisa. "Esta nova capacidade deverá, em última instância, levar a avanços fundamentais na nanotecnologia e na biologia."

Microscópio de força por ressonância magnética

Os cientistas utilizaram um microscópio derivado de um equipamento médico de ressonância magnética, conhecido como MRFM ("magnetic resonance force microscope": microscópio de força por ressonância magnética).

Eles conseguiram aumentar a sensibilidade do equipamento em 10 milhões de vezes em comparação com os aparelhos convencionais utilizados em hospitais. Isto os permitiu entrar de vez no reino da nanotecnologia, gerando "imagens" de estruturas muito menores do que o comprimento de onda da luz visível.

A peça central do microscópio MRFM é uma ponta de silício mil vezes menor do que um fio de cabelo humano, contendo uma pequena mas poderosa partícula magnética. A ponta vibra numa freqüência de cerca de 5000 vezes por segundo.

Magnetismo atômico

Elétrons isolados e muitos núcleos atômicos se comportam como minúsculas barras magnéticas. Essas unidades fundamentais de magnetismo são geralmente chamadas de "spins". Da mesma forma que duas barras magnéticas podem se atrair ou se repelir, a ponta magnética do microscópio é atraída ou repelida pelos spins da amostra que está sendo analisada.

Ajustando-se um campo magnético de alta freqüência para a freqüência natural do spin que se deseja "fotografar", sua orientação magnética oscila em resposta às vibrações da agulha do microscópio. Embora a força magnética entre a agulha e o spin seja incrivelmente fraca, a sensibilidade do microscópio é tamanha que ele detecta a força por meio de uma alteração em sua freqüência de vibração.

Spin do elétron

Enquanto um equipamento médico de ressonância magnética trabalha com grupos de pelo menos um trilhão de spins de prótons, os pesquisadores da IBM conseguiram detectar o spin de um único elétron. Os pesquisadores também efetuaram uma demonstração ainda rudimentar, unidimensional, de uma imagem com resolução de 25 nanômetros, cerca de 40 vezes mais preciso do que os microscópios que atualmente utilizam a tecnologia da ressonância magnética.

Mas os pesquisadores ainda querem ir mais longe: agora eles planejam aumentar a sensibilidade do equipamento tornando-o capaz de detectar um único próton, que possui uma força magnética cerca de 600 vezes menor do que um elétron.