Átomos são visualizados em resolução recorde através de método aprimorado

A mecânica quântica revelou muito sobre o mundo das partículas atômicas e subatômicas, mas ainda não é possível ver essas partículas diretamente, mesmo com os mais modernos equipamentos. Contudo, existem técnicas para detectar a oscilação de elétrons e, com isso, é possível saber onde as partículas estão e reconstruí-las em modelos tridimensionais. Os métodos evoluíram na última década e, hoje, uma equipe estabeleceu um novo recorde de resolução na “visualização” de átomos.

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Em 2018, pesquisadores de Cornell construíram um detector de alta potência que, aliado a um processo chamado pticografia, estabeleceu um recorde mundial ao triplicar a resolução de um microscópio eletrônico de última geração. Contudo, isso funcionava apenas em amostras ultrafinas, com alguns átomos de espessura. Caso a amostra seja um pouco mais espessa que isso, os elétrons se dissipam.

Entretanto, uma equipe da qual faz parte David Muller (que liderou o estudo de 2018), conseguiu bater o recorde de resolução por um fator de dois, com um microscópio eletrônico que incorpora algorítimos de reconstrução 3D ainda mais avançados. A equipe também mostrou ser teoricamente possível identificar átomos dopantes únicos.

A técnica de pticografia tem vantagens como a eliminação da lente do microscópio, pois a imagem é formada por programas de computador capazes de reconstruir as ondas produzidas pelos elétrons que se espalham quando passam pela amostra. Outra vantagem é que a técnica é capaz de saber quando os picos e vales das ondas chegam no detector, o que é fundamental para formar a imagem.

Isto permitiu uma resolução inédita que elimina qualquer aberração que as lentes causavam. "Estamos perseguindo padrões de manchas que se parecem muito com os padrões de apontadores laser pelos quais os gatos são igualmente fascinados", disse Muller. “Ao ver como o padrão muda, somos capazes de calcular a forma do objeto que causou o padrão”.

Neste novo recorde, a resolução é tão ajustada que o único borrão que permanece no resultado final é a oscilação térmica dos próprios átomos. "Quando falamos sobre temperatura, o que estamos realmente medindo é a velocidade média de quanto os átomos estão balançando", explica Miller. Esses dados são então reconstruídos por algoritmos e fornece uma imagem com precisão ao nível de picômetros (um trilionésimo de metro). Além disso, eles conseguiram uma resposta em amostras mais espessas, superando assim a limitação anterior.

Para Muller, "isso não apenas estabeleceu um novo recorde, mas chegou a um regime que será efetivamente o limite final para resolução”. Ele argumenta que “basicamente, agora podemos descobrir onde estão os átomos de uma maneira muito fácil. Isso abre um monte de novas possibilidades de medição de coisas que queríamos por muito tempo”. Os pesquisadores até podem bater novamente o recorde usando um material com átomos mais pesados ou resfriando a amostra, mas as diferenças nas flutuações quânticas seriam ínfimas, então a melhoria não seria significativa.

O método pode localizar átomos individuais em todas as três dimensões, e ir além, permitindo a análise de células ou tecidos biológicos espessos, e até mesmo conexões de sinapses no cérebro. “Queremos aplicar isso a tudo o que fazemos”, disse Muller. “Até agora, todos nós usamos óculos muito ruins. E agora temos realmente um par muito bom. Por que você não iria querer tirar os óculos antigos, colocar os novos e usá-los o tempo todo?”

Fonte: Phys.org