Tecnologia Científica

Seguir átomos em tempo real pode levar a um melhor design de materiais
Os pesquisadores usaram uma técnica semelhante à ressonância magnética para acompanhar o movimento de átomos individuais em tempo real à medida que eles se agrupam para formar materiais bidimensionais, que têm a espessura de uma única camada
Por Sarah Collins - 12/04/2021


Materiais 2D - Crédito: Imagem de seagul da Pixabay

"Esta técnica não é nova, mas nunca foi usada desta forma, para medir o crescimento de um material bidimensional"

Nadav Avidor

Os resultados , relatados na revista Physical Review Letters , podem ser usados ​​para projetar novos tipos de materiais e dispositivos de tecnologia quântica. Os pesquisadores, da Universidade de Cambridge, capturaram o movimento dos átomos em velocidades oito ordens de magnitude mais rápidas do que os microscópios convencionais.

Os materiais bidimensionais, como o grafeno, têm o potencial de melhorar o desempenho de dispositivos existentes e novos, devido às suas propriedades exclusivas, como excelente condutividade e resistência. Os materiais bidimensionais têm uma ampla gama de aplicações potenciais, de bio-sensoriamento e distribuição de drogas a informações quânticas e computação quântica. No entanto, para que os materiais bidimensionais atinjam seu potencial total, suas propriedades precisam ser ajustadas por meio de um processo de crescimento controlado.

Esses materiais normalmente se formam à medida que os átomos 'saltam' sobre um substrato de suporte até que se liguem a um aglomerado em crescimento. Ser capaz de monitorar esse processo dá aos cientistas um controle muito maior sobre os materiais acabados. No entanto, para a maioria dos materiais, esse processo acontece tão rapidamente e em temperaturas tão altas que só pode ser seguido por meio de instantâneos de uma superfície congelada, capturando um único momento em vez de todo o processo.

Agora, pesquisadores da Universidade de Cambridge acompanharam todo o processo em tempo real, em temperaturas comparáveis ​​às utilizadas na indústria.

Os pesquisadores usaram uma técnica conhecida como 'hélio spin-eco', que foi desenvolvida em Cambridge nos últimos 15 anos. A técnica tem semelhanças com a imagem por ressonância magnética (MRI), mas usa um feixe de átomos de hélio para 'iluminar' a superfície do alvo, semelhante às fontes de luz dos microscópios do dia-a-dia.

“Usando esta técnica, podemos fazer experimentos semelhantes aos da ressonância magnética em tempo real, à medida que os átomos se espalham”, disse o Dr. Nadav Avidor, do Laboratório Cavendish de Cambridge, autor sênior do artigo. “Se você pensar em uma fonte de luz que brilha fótons em uma amostra, conforme esses fótons voltam para o seu olho, você pode ver o que acontece na amostra.”

Em vez de fótons, no entanto, Avidor e seus colegas usam átomos de hélio para observar o que acontece na superfície da amostra. A interação do hélio com átomos na superfície permite inferir o movimento das espécies da superfície.

Usando uma amostra de teste de átomos de oxigênio movendo-se na superfície do metal rutênio, os pesquisadores registraram a quebra espontânea e a formação de aglomerados de oxigênio, com apenas alguns átomos de tamanho, e os átomos que rapidamente se difundem entre os aglomerados.

“Essa técnica não é nova, mas nunca foi usada dessa forma, para medir o crescimento de um material bidimensional”, disse Avidor. “Se você olhar para trás na história da espectroscopia, as sondas baseadas em luz revolucionaram a forma como vemos o mundo, e a próxima etapa - sondas baseadas em elétrons - nos permitiu ver ainda mais.

“Agora estamos dando um passo além disso, para sondas baseadas em átomos, o que nos permite observar fenômenos em mais escala atômica. Além de sua utilidade no projeto e fabricação de materiais e dispositivos futuros, estou animado para descobrir o que mais poderemos ver. ”

A pesquisa foi conduzida no Cambridge Atom Scattering Center e apoiada pelo Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC).

 

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