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Átomos leves, agora, também podem ser vistos diretamente !

Ver diretamente os átomos... Os físicos realizaram esse sonho já há algumas dezenas de anos com, por exemplo, o microscópio de emissão de campo. Átomos pesados podem, da mesma forma, ser observados com um microscópio eletrônico, mas, pelo menos até o presente, não os átomos leves como o hidrogênio. Graças ao grafeno, físicos da Universidade de Berkeley (EUA) acabam de ultrapassar esse limite.

A técnica da microscopia eletrônica de transmissão (TEM) é antiga, uma vez que foi desenvolvida em 1931 por Max Knoll e Ernest Ruska, o que valeu a este o Prêmio Nobel de Física, em 1986. Ela repousa sobre as propriedades eletrônicas da matéria descobertas teoricamente em 1923 por Louis de Broglie. Utilizando lentes magnéticas, é possível obter imagens surpreendentes de um objeto muitíssimo pequeno para ser observado com a ajuda de um microscópio óptico. Pode-se, assim, observar detalhes da ordem do angstron.

Para isso, é preciso projetar um feixe de elétrons sobre o objeto a ser observado e recolher o feixe sobre uma placa fluorescente. Na prática, a amostra a ser estudada deve ser colocada sobre uma fina placa de metal. O material a ser observado deve, de fato, ser suficientemente "robusto" para resistir a um feixe de elétrons muitíssimo energético, mas, ao mesmo tempo, deve permitir a este atravessá-lo sem muito problema.

A potência dessa técnica é tal que se conseguiu imagear átomos pesados. Mas com átomos mais leves, tal como o carbono, os efeitos de espalhamento causados pelos átomos pesados da folha metálica ao produzirem um sinal importante degradam fortemente aquele, fraco, produzido por átomos leves. Assim, falar da observação direta de um átomo de hidrogênio por essa técnica deveria continuar para sempre um sonho.




À direita, Ernst Ruska diante de um dos primeiros microscópios eletrônicos.

Crédito: Technische Universität, Berlim


Uma camada de carbono ou, antes, uma camada de metal

Contudo, no Universo, nada parece impossível e a descoberta a alguns anos de um material miraculoso, o grafeno, acaba de oferecer aos pesquisadores as primeiras imagens com microscópio eletrônico de transmissão de átomos de carbono e de hidrogênio. O grupo de Alex Zettl, responsável por essa proeza, acaba de publicar o resultado de seus trabalhos na revista Nature.

Sabe-se que o grafeno é uma camada nanoatômica de carbono, formando, portanto, folhas quase bidimensionais e que constituem, por sua montagem, o grafite. Essas folhinhas têm impressionantes propriedades eletrônicas e mecânicas e constituem, por conseguinte, naturalmente, um material preferido por excelência para a TEM, porque é suficientemente resistente para suportar feixes de elétrons que ultrapassam os 100 keV mas, sobretudo, suficientemente fino para se deixar atravessar facilmente por essas partículas, e mais: sem degradar as imagens de átomos leves, como o fazem as folhas de metais, mais pesadas, obtidas a partir de semicondutores.

Os físicos, graças ao grafeno, puderam então observar não somente os átomos de carbono e de hidrogênio presentes sobre as folhinhas, mas também produzir filmes sobre os quais vacâncias nas redes de átomos de carbono desaparecessem lentamente em virtude da absorção de um átomo de carbono. Melhor ainda: observaram a eliminação de longas moléculas, muito provavelmente hidrocarbonadas, que se encontravam no meio circundante ou que haviam contaminado a superfície do grafeno.

Acreditam os pesquisadores que acabam de se abrir fascinantes possibilidades, como a de observar a dinâmica das reações químicas entre nanotubos de carbono e moléculas biológicas ativas que se fixariam sobre sua superfície. As conseqüências em nanotecnologia e em nanociências poderão, assim, ser consideráveis.




Átomos sobre o grafeno: hidrogênio (flechas vermelhas) e um átomo de carbono (flecha preta).

Créditos: Nature


Futura Sciences, 17 de julho, 2008 (Tradução - MIA).


Nota do Scientific Editor: o artigo que deu origem a esta notícia, de título "Imaging and dynamics of light atoms and molecules on graphene", de autoria J.C. Meyer, C.O. Girit, M.F. Crommie and A. Zettl, foi publicado na revista Nature, volume 454, pág. 319-322, 2008.


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