A luz visível é uma onda eletromagnética cujo comprimento está na faixa de 400 nm (azul) e 750 nm (vermelho). Devido ao que é conhecido como o limite de resolução de difração, é impossível utilizar luz visível para resolver diretamente ou fotografar objetos com um tamanho menor do que metade do comprimento de onda da luz, ou seja, menor que 200 nm. Para superar esta limitação, nos últimos anos especialistas em nanofotônica utilizaram partículas metálicas que atuam como antenas ópticas minúsculas, concentrando e aumentando o espectro da luz visível em escala nanométrica. Entretanto, mesmo esta técnica tem tido suas limitações e dificuldades quando se tenta resolver objetos nanométricos.

A resolução óptica alcançada nesta pesquisa, até então nunca obtida, foi possível graças ao uso combinado da técnica de microscopia de varredura por tunelamento (STM) sob condições de ultra-alto vácuo e baixas temperaturas, com a técnica TERS (Tip Enhanced Raman Spectroscopy), que aumenta drasticamente o campo que atua sob a molécula localizada na cavidade da ponta do microscópio.

O grupo de optoeletrônica da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC), liderado pelo Dr. Zhenehao Dong, combina estas duas técnicas, de modo engenhoso, que permite "fotografar" moléculas orgânicas, pela primeira vez, em uma escala subnanométrica. A sintonia absoluta das oscilações coletivas dos elétrons na ponta do microscópio, os assim chamados plasmons, com a vibração da molécula permitem gerar um sinal óptico com uma resolução abaixo de um nanômetro.

Quando a ponta do microscópio varre a molécula, o sinal Raman emitido em cada ponto permite identificar sua assinatura vibracional de tal forma que, além de olhar "dentro" da molécula, é simultaneamente possível identificar sua estrutura química. Javier Aizpurua explicou que "é como olhar o 'interior' da molécula e tomar suas impressões digitais".

Este nível de resolução só tem sido possível até agora utilizando elétrons como sondas, mas nesta pesquisa são os fótons de luz no visível que conseguem alcançar a miraculosa façanha de identificar uma molécula, indo além de todos os limites de difração óptica até então conhecidos.

Os resultados deste trabalho abrem as portas para a identificação direta das moléculas quando sua concentração é muito pequena, conseguindo identificar mesmo uma única molécula isolada. Esta capacidade dá origem a uma ampla gama de possíveis aplicações tecnológicas, tais como biossensores para a análise de cadeias moleculares, na área da saúde e de segurança na detecção de substâncias perigosas, e em saúde pública no controle da qualidade dos alimentos, entre outros.

Nota do Scientific Editor - O trabalho "Chemical mapping of a single molecule by plasmon-enhanced Raman scattering", que deu origem a esta notícia, é de autoria de R. Zhang, Y. Zhang, Z. C. Dong, S. Jiang, C. Zhang, L. G. Chen, L. Zhang, Y. Liao, J. Aizpurua, Y. Luo, J. L. Yang e J. G. Houde foi publicado na revista Nature, número 498, págs. 82-86 (2013), DOI: 10.1038/nature12151.

Basque Research (Tradução - AGS).