Movimento do calor é fotografado em escala atômica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/09/2025

A imagem à esquerda mostra os átomos presentes no material bidimensional. À direita, fotos de átomos individuais.
[Imagem: Yichao Zhang et al. - 10.1126/science.adw7751]

Fásons

Enquanto estudavam fenômenos em escala atômica que impactam diretamente os componentes eletrônicos e quânticos de última geração, cientistas conseguiram capturar as primeiras imagens das vibrações térmicas dos átomos.

E eles não apenas descobriram um novo tipo de movimento atômico, como mostraram que sua descoberta pode mudar para sempre o projeto das tecnologias eletrônicas ultrafinas - incluindo componentes de materiais 2D, como o grafeno - e das tecnologias quânticas.

Yichao Zhang e colegas da Universidade de Maryland, nos EUA, na verdade desenvolveram uma nova técnica de microscopia eletrônica que lhes permitiu obter imagens diretas de um fenômeno físico que afeta a supercondutividade e a condução do calor em materiais bidimensionais.

Esse fenômeno é representado por estruturas chamadas de "fásons de moiré", quasipartículas que nunca haviam sido observadas diretamente. Diferente dos fônons, que são as vibrações da rede atômica, responsáveis pela condução do calor, um fáson é um "escorregamento", ou deslocamento do padrão como um todo. E moiré é uma estrutura geométrica que surge quando dois padrões são colocados um sobre o outro, como duas folhas de grafeno superpostas e ligeiramente deslocadas uma da outra.

Os padrões moiré já vêm sendo largamente pesquisados não apenas no grafeno, mas em todos os materiais bidimensionais, onde os chamados ângulos mágicos dão origem a propriedades totalmente novas, que podem ser exploradas para fazer componentes eletrônicos e quânticos de próxima geração.

Já a observação dos fásons deverá ter impacto direto nas pesquisas sobre a supercondutividade e todas as formas de condução do calor.

O experimento mediu vibrações térmicas em um único átomo.
[Imagem: Yichao Zhang et al. - 10.1126/science.adw7751]

Pticografia eletrônica

A equipe conseguiu seus avanços usando uma técnica chamada "pticografia eletrônica", uma técnica de microscopia na qual um computador combina muitas imagens individuais para criar uma imagem única de alta resolução.

O novo microscópio alcançou a maior resolução já obtida, superior a 15 picômetros (1 picômetro = 10^-12 metro), o que permitiu detectar vibrações térmicas em átomos individuais - as vibrações fazem os átomos desfocarem nas imagens. Essas imagens mostraram que fásons de moiré espacialmente localizados dominam as vibrações térmicas de materiais bidimensionais girados uns em relação aos outros, o que não era esperado.

"Isso é como decodificar uma linguagem oculta do movimento atômico," disse a professora Zhang. "A pticografia eletrônica nos permite ver essas vibrações sutis diretamente. Agora temos um novo método poderoso para explorar a física até então oculta, o que acelerará as descobertas em materiais quânticos bidimensionais."

Controlar o comportamento das vibrações térmicas nesses materiais poderá permitir o projeto de novos dispositivos com propriedades térmicas, eletrônicas e ópticas sob medida, abrindo caminho para avanços na computação quântica, na eficiência energética da eletrônica e em sensores em nanoescala.

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