A imagem mostra uma imagem do cristal PrScO3, ampliada 100 milhões de vezes. Foi obtido por meio de pticografia eletrônica
Em 2018, cientistas de Cornell construíram um poderoso dispositivo que, junto com uma técnica de digitalização chamada pticografia, estabeleceu um novo recorde mundial. Eles observaram átomos em uma resolução mais alta do que os melhores microscópios eletrônicos do mundo permitiam.
Apesar do sucesso que os pesquisadores obtiveram, havia uma falha importante em sua abordagem. Sua técnica funcionava apenas com camadas muito finas de materiais (não mais do que alguns átomos de espessura). Qualquer amostra mais espessa levava ao fato de que os elétrons "se espalhavam" e era impossível analisá-los de alguma forma.
Recentemente, uma equipe de especialistas liderada por David Muller quebrou seu próprio recorde. Ela criou um mecanismo ainda mais avançado que permite observar os átomos em uma resolução ainda maior. E tão alto que apenas uma ligeira névoa permanece na imagem, que é causada pelos "saltos de temperatura" dos próprios átomos.
O trabalho dos pesquisadores, intitulado Electron Ptychography Achieves Atomic-Resolution Limits Set by Lattice Vibrations, foi publicado na revista Science em 20 de maio.
“Este não é apenas um novo recorde mundial”, diz Müller. - Já podemos examinar com calma os átomos e identificar sua localização. Isso abre muitas novas técnicas para medir dados. O que desejamos alcançar ao longo dos anos. Além disso, nossa descoberta resolve os problemas com o estudo dos tecidos, que consistem em um grande número de camadas de átomos. "
O novo método de pesquisa permitiu que os cientistas examinassem camadas individuais de material, uma por uma. Para isso, utiliza-se o processamento computacional de uma variedade de imagens obtidas por espalhamento de luz da amostra em estudo.
“Observamos partículas em movimento individuais que nosso dispositivo detecta, como gatos observam a luz de um ponteiro laser”, diz Mueller. “Ao rastrear o comportamento das partículas em movimento na área de camadas de padrões de interferência, podemos usar um computador e calcular a aparência da amostra em estudo no nível atômico.”
Os dados resultantes são recriados usando algoritmos sofisticados, o que, em última análise, permite que você crie uma imagem com uma resolução de picômetro (um trilionésimo de metro).
“Com esses algoritmos, podemos eliminar quase todas as causas que causavam imagens borradas no passado. A única coisa que ainda turva um pouco a imagem é a mobilidade dos átomos devido às mudanças de temperatura, diz Mueller. "Quando falamos sobre temperatura, estamos na verdade falando sobre o quanto os átomos tremem."
Os pesquisadores podem quebrar seu próprio recorde novamente se fizerem experimentos com materiais com átomos mais pesados (eles são menos móveis) ou resfriar uma amostra experimental de trabalho. Mas mesmo na temperatura zero, os átomos se moverão, portanto, um aumento significativo na qualidade da imagem não funcionará.
A pticografia eletrônica permitirá aos cientistas rastrear átomos individuais em três dimensões, ao invés de duas, como era o caso no passado. Também será possível rastrear aquelas impurezas que não podem ser detectadas usando microscópios clássicos. Isso será especialmente útil ao trabalhar com semicondutores, catalisadores e materiais quânticos, incluindo aqueles usados para criar computadores quânticos, bem como ao estudar átomos nas fronteiras da conexão de vários materiais. Além disso, um método de pesquisa semelhante pode ser usado para estudar células, tecidos biológicos e até mesmo sinapses no cérebro.
Até agora, usar os desenvolvimentos de Mueller e seus colegas é caro. Leva muito tempo e um computador muito poderoso para analisar todos os dados e compor uma imagem nítida em alta resolução. Mas os pesquisadores esperam tornar o método mais acessível com computadores e sistemas de aprendizado de máquina mais poderosos.
“Era como se estivéssemos usando óculos muito ruins o tempo todo”, diz Müller. “E agora, como se fosse a primeira vez, recebemos um par com dioptrias de alta qualidade.”
