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Moléculas reveladas em sua plenitude por microscopia de força atômica.

Físicos da Suíça e da Holanda desenvolveram, de forma pioneira, uma nova forma de microscopia de força atômica (MFA), capaz de revelar a identidade dos átomos individuais de uma molécula. O resultado é um avanço muito importante em microscopia de superfície, podendo trazer significativos insights sobre reações químicas, bem como o desenvolvimento de dispositivos de um único elétron, dizem os pesquisadores.

A MFA - inventada há uns 20 anos - permite aos cientistas examinar átomos em superfícies de isolantes e de condutores. O processo básico desta técnica consiste em varrer com uma ponta metálica bastante fina a superfície da amostra, gerando imagens baseadas no balanço entre forças de pequena magnitude entre a ponta e a amostra. Os progressos realizados nesta técnica permitiram a visualização de superfícies, em nível de detalhamento sem precedentes, incluindo um avanço significativo, em 2007, quando pesquisadores conseguiram, pela primeira vez usando esta técnica, resolver átomos isolados na superfície de um material.


Uma questão de foco

Para melhorar a ainda mais a resolução da MFA, os pesquisadores precisam movimentar a ponta do microscópio sobre a amostra com uma distância da ordem de 1nm e isso faz surgir uma série de desafios técnicos. O principal problema é a possibilidade da ponta poder ser deslocada lateralmente ou mesmo ser adsorvida pela amostra por meio das forças de van der Waals - atração eletrostática fraca entre átomos e moléculas que surge devido às flutuações na posição dos elétrons. Além disso, com a ponta muito próxima da amostra, torna-se muito importante conhecer a composição atômica exata e a geometria da ponta do MFA, informações que nem sempre são claras para as pontas convencionais.

Uma equipe liderada por Leo Gross, do laboratório de pesquisas da IBM, em Zurique (Suíça) contornou esses problemas e obteve sucesso em resolver átomos individuais e as ligações dentro de uma única molécula usando a MFA. Gross percebeu que um átomo ou uma molécula na extremidade da ponta da sonda do MFA regula o contraste e a resolução da microscopia. Por esta razão, os pesquisadores modificaram a extremidade da ponta metálica convencional do MFA, com uma única molécula de monóxido de carbono (CO), que além de ser muito estável é sujeita a forças de van der Waals, significativamente menores quando nas proximidades de uma amostra.





Esquerda: a molécula de CO na ponta aumenta de forma dramática a resolução do MFA. Direita: imagem de MFA de cinco anéis de benzeno interligados (pentaceno).

Créditos: Science.



Para demonstrar o poder da nova ferramenta, os pesquisadores aplicaram a ponta de MFA para estudar um hidrocarboneto bem estudado, conhecido como pentaceno (C22H14), que é composto por cinco anéis de benzeno interligados, medindo exatamente 1,4 nm de comprimento. Produziram, então, uma imagem que mostra não só todos os cinco anéis de carbono, mas também os átomos individuais de carbono e hidrogênio da molécula. O espaçamento observado entre átomos individuais foi de apenas 0,14 nm, a melhor resolução obtida por MFA.


Uma questão de serendipitia

Gross revelou à Physicsworld ter havido um elemento de sorte na descoberta de que o monóxido de carbono pode ser usado como uma ponta do MFA, altamente eficiente. Essa descoberta se deu porque tinham, acidentalmente, capturado uma molécula de CO durante o uso rotineiro das pontas convencionais do MFA. Entretanto, os investigadores foram rápidos na percepção de que o aumento da resolução tinha base científica, porque a molécula de CO já vem sendo, durante muito tempo, utilizada em microscopia de varredura por efeito túnel (STM) para melhorar a resolução, pela mesma razão.

Gross disse que ele e sua equipe pretendem desenvolver suas pesquisas com o objetivo de, em curto prazo, melhorar a resolução e criar uma lista de "assinaturas químicas" para uma gama de diferentes átomos e moléculas. Eventualmente, a ponta de MFA baseada em CO poderia ser usada para determinar a identidade de moléculas para uso em análise química. Em longo prazo, novas montagens de MFA, similares a essa, poderiam ser aplicadas no estudo de reações químicas e catálise em nível atômico.

A indústria de eletrônicos poderia também se beneficiar do novo microscópio porque um melhor perfil da estrutura molecular poderá ajudar no desenvolvimento de dispositivos de um único elétron. "Apesar de estarmos nos concentrando em melhorias experimentais em pequena escala, é bom ter metas de longo prazo", disse Gross. "Um melhor entendimento dos processos eletrônicos em escala molecular poderia preparar o terreno para a eletrônica além do CMOS", acrescentou.

Physicsworld (Tradução - AGS).


Nota do Scientific Editor: o trabalho que deu origem a esta notícia, de título "The Chemical Structure of a Molecule Resolved by Atomic Force Microscopy", de autoria de L. Gross, F. Mohn, N. Moll, P. Liljeroth and G. Meyer foi publicado na revista Science 325, no. 5944, pp. 1110 - 1114, 2009, e pode ser acessado no link http://dx.doi.org/10.1126/science.1176210.


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