Cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley usam o microscópio para mapear meticulosamente cada átomo em uma nanopartícula. Aqui, eles examinaram um pequeno aglomerado de platina de ferro sob o microscópio e praticamente o separaram.
Credito: COLIN OPHUS
O microscópio eletrônico de transmissão foi projetado para quebrar registros . Usando seu feixe de elétrons, cientistas vislumbraram muitos tipos de vírus pela primeira vez. Eles o usaram para estudar partes de células biológicas como ribossomos e mitocôndrias. Você pode ver átomos individuais com isso.
Mas especialistas descobriram recentemente um novo potencial para a máquina. "Tem sido uma mudança muito dramática e súbita", diz o físico David Muller, da Universidade de Cornell. "Foi um pouco como se todos estivessem voando em biplanos e, de repente, aqui está um avião a jato".
Por um lado, a equipe de Muller estabeleceu um novo recorde. Publicação na NatureEm julho deste ano, eles usaram o escopo para tirar as imagens de maior resolução até o momento. Para fazer isso, eles tiveram que criar lentes especiais para melhor focar os elétrons, como “óculos” para o microscópio, diz ele. Eles também desenvolveram uma câmera super sensível, capaz de registrar rapidamente elétrons simples. Suas novas imagens mostram uma camada fina como navalha, com apenas dois átomos de espessura, de átomos de molibdênio e enxofre ligados entre si. Não só eles poderiam distinguir entre os átomos individuais, eles poderiam até mesmo vê-los quando eles estavam separados por apenas 0,4 angstroms, metade do comprimento de uma ligação química. Eles até conseguiram identificar uma lacuna onde um átomo de enxofre estava faltando no padrão de repetição do material. "Eles poderiam fazer isso principalmente porque sua câmera eletrônica é tão boa", diz o físico Colin Ophus, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, que não esteve envolvido no trabalho.
Cada ponto nesta imagem é um único átomo de molibdênio ou enxofre de duas folhas densas sobrepostas, porém torcidas. O microscópio eletrônico de transmissão da Universidade de Cornell, que tirou essa imagem, quebrou o recorde de microscópio de maior resolução em julho deste ano.
Credito: DAVID MULLER / CORNELL UNIVERSITY
Agora o resto do campo está clamando para equipar seus telescópios com câmeras semelhantes, diz Muller. "Você pode ver todos os tipos de coisas que você não podia antes", diz ele. Em particular, Muller está estudando materiais finos, de um a dois átomos de espessura, que exibem propriedades incomuns. Por exemplo, os físicos descobriram recentemente que um tipo de material fino, quando em camadas de uma certa maneira, se torna supercondutor. Muller acha que o microscópio poderia ajudar a revelar os mecanismos subjacentes por trás dessas propriedades.
Quando se trata de ampliar o minúsculo, os elétrons são fundamentalmente melhores que a luz visível. Isso porque os elétrons, que possuem propriedades ondulatórias devido à mecânica quântica, têm comprimentos de onda mil vezes mais curtos. Comprimentos de onda mais curtos produzem uma resolução mais alta, assim como linhas mais finas podem criar bordados mais complexos. "Os microscópios eletrônicos são praticamente o único jogo da cidade se você quiser ver as coisas em escala atômica", diz o físico Ben McMorran, da Universidade de Oregon. Preencher um material com elétrons e detectar os que viajaram produz uma imagem detalhada desse material.
O pesquisador de pós-doutorado Zhen Chen fez as imagens recordistas em um microscópio de design personalizado na Universidade de Cornell.
Credito: DAVID MULLER / CORNELL UNIVERSITY
Mas a alta resolução não é o único truque da máquina. Em um artigo recentemente aceito pela Nano Letters , uma equipe liderada por McMorran desenvolveu um novo tipo de imagem que você pode tirar com o microscópio. Esse método pode visualizar materiais normalmente transparentes a elétrons, como átomos leves como o lítio. Deve permitir que os cientistas estudem e melhorem as baterias à base de lítio com detalhes atômicos.
Tem mais. Medindo uma propriedade do elétron chamada fase, eles podem mapear os campos elétricos e magnéticos dentro do material, diz Fehmi Yasin, um estudante de física da Universidade de Oregon. "Esta técnica pode provocar mais informações dos elétrons", diz ele.
Essas novas capacidades podem ajudar cientistas como Mary Scott, uma física da Universidade da Califórnia, em Berkeley, que estuda nanopartículas menores que uma bactéria. Scott passou longas horas fotografando esses pequenos aglomerados inanimados sob um microscópio eletrônico. Usando um equipamento especial, ela cuidadosamente inclina a amostra para obter tantos ângulos quanto possível. Então, a partir dessas imagens, ela cria um modelo 3D extremamente preciso, preciso até o átomo. Em 2017, ela e sua equipe mapearam os locais exatos de 23.000 átomos em uma única nanopartícula de prata e platina. O ponto de tais modelos meticulosos é estudar como os átomos individuais contribuem para uma propriedade do material - quão forte ou condutor é, por exemplo. As novas técnicas podem ajudar Scott a examinar essas propriedades do material com mais facilidade.
Mas o objetivo final de tais experimentos não é meramente estudar os materiais. Eventualmente, cientistas como Scott querem transformar átomos em Legos: montá-los, tijolo por tijolo, em novos materiais. Mas mesmo pequenas mudanças na composição atômica ou estrutura de um material podem alterar sua função, diz Scott, e ninguém entende completamente o motivo. As imagens do microscópio podem ensiná-los como e por que os átomos se encaixam.
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