Microscópio eletrônico de tunelamento agora é capaz de filmar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/11/2007

Utilizando uma técnica já conhecida de uma forma inovadora, cientistas da Universidade de Cornell, nos Estados Unidos, conseguiram aumentar a velocidade de um microscópio eletrônico de tunelamento em até 100 vezes.

Microscópios têm tudo a ver com precisão - quanto mais preciso, menores serão as características das amostras estudadas que um determinado microscópio permitirá visualizar. Qual seria então a importância da velocidade de um microscópio?

Microscópio de rastreamento de tunelamento

A resposta é que, ainda que a precisão continue sendo a característica mais importante de qualquer microscópio, as coisas começaram a mudar quando os cientistas conseguiram vencer a barreira dos microscópios ópticos e passaram a visualizar objetos menores do que o comprimento de onda da luz visível.

Esse é o caso do microscópio de rastreamento de tunelamento, uma das ferramentas que permitiram o desenvolvimento da nanotecnologia. Esse microscópio detecta o tunelamento quântico - a capacidade que os elétrons têm de atravessar uma barreira, ou tunelar essa barreira.

Precisão atômica

O microscópio de tunelamento usa o tunelamento quântico para detectar as alterações na distância entre sua ponta minúscula e uma superfície condutora. A amostra que está sendo analisada recebe uma tensão elétrica e a ponta começa a se mover sobre ela.

Medindo alterações na corrente que se produz à medida em que os elétrons tunelam entre a amostra e a ponta do microscópio, os cientistas conseguem desenhar um mapa preciso da topologia da superfície do material com precisão atômica.

Nanoeletrônica

A adaptação simples, baseada em uma técnica de medição utilizada no campo da nanoeletrônica, dá novas capacidades ao microscópio de tunelamento, incluindo a capacidade de detectar temperaturas sobre um único átomo e de detectar alterações de posição de 0,00000000000001 metro - uma distância 30.000 vezes menor do que o diâmetro de um átomo.

Lentidão do microscópio

Embora a corrente de tunelamento possa variar a cada nanosegundo, o microscópio é incrivelmente lento para medí-la. E o fator limitador não é o próprio sinal, mas o circuito eletrônico responsável por sua análise. Um microscópio de tunelamento téorico conseguiria coletar dados tão rapidamente quanto os elétrons conseguem tunelar, numa freqüência de 1 gigahertz, ou 1 bilhão de ciclos por segundo.

Mas um microcópio de tunelamento prático, real, tem seu desempenho limitado pela capacitância - uma espécie de armazenamento de energia - nos cabos que compõem seus circuitos de leitura. O resultado é uma velocidade prática de apenas 1 kilohertz, ou mil ciclos por segundo, ou menos.

Reflectometria

Depois de inúmeras tentativas de soluções as mais esotéricas, feitas por cientistas do mundo todo, a equipe do professor Keith Schwab descobriu que a saída para o problema é extremamente simples.

Adicionando uma fonte externa de ondas de radiofreqüência e enviando a onda para o microscópio por meio de uma rede simples, os pesquisadores demonstraram que é possível detectar a resistência na junção de tunelamento - e, por decorrência, a distância entre a ponta do microscópio e a amostra - a partir das características da onda que reflete de volta para sua fonte.

A técnica, chamada reflectometria, usa cabos comuns para a transmissão das ondas de radiofreqüência, que não têm sua velocidade diminuída pela capacitância dos cabos.

Filmando átomos

"Há seis ordens de magnitude entre o limite fundamental na freqüência e o ponto onde estamos operando," disse Schwab. "Nossa esperança é que agora possamos produzir mais ou menos imagens de vídeo, ao contrário de um rastreamento que leva uma eternidade."

A nova configuração também oferece potencial para a termometria com resolução atômica - medições precisas de temperatura de um átomo individual - e para uma detecção de movimentos tão sensível que será possível medir uma distância 30.000 vezes menor do que o tamanho de um átomo.

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