Microscópio óptico enxerga átomos com resolução de 1 nanômetro
[Imagem: Akitoshi Shiotari et al. – 10.1126/sciadv.adu1415]
Rompendo limites dos microscópios ópticos
Compreender a interação entre a luz e a matéria nas menores escalas possíveis é essencial para continuarmos avançando em vários campos da tecnologia e da ciência.
Por exemplo, estruturas em escala atômica – de defeitos nos diamantes, que podem funcionar como qubits para computadores quânticos, até componentes eletrônicos moleculares – permitem influenciar significativamente as propriedades ópticas e a funcionalidade de um material.
O primeiro desafio para estudar e desenvolver esses materiais está em ver no que se está mexendo. E, para enxergar nessas escalas, precisamos superar as capacidades atuais da microscopia óptica.
Akitoshi Shiotari e colegas da Alemanha, Espanha e Japão acabam de prover uma capacidade de zoom adicional aos microscópios ópticos, levando-nos para a precisão de 1 nanômetro, rumo à escala dos ângstrons, a unidade com que medimos o diâmetro dos átomos.
Para isso, a equipe desenvolveu uma nova abordagem para uma técnica chamada microscopia óptica de campo próximo com varredura por espalhamento (s-SNOM: Scattering-Type Scanning Near-Field Optical Microscopy). Com as melhorias introduzidas, a técnica teve que ser rebatizada, passando a se chamar ULA-SNOM, com a primeira sigla significando amplitude de oscilação de ponta ultrabaixa.
[Imagem: Akitoshi Shiotari et al. – 10.1126/sciadv.adu1415]
Microscopia combinada
Os microscópios ópticos típicos têm um limite fundamental de ampliação, chamado barreira de difração, que restringe a resolução a cerca de 200 nanômetros (nm), que é cerca de metade do comprimento de onda da luz visível. Já os métodos tradicionais de s-SNOM, que utilizam uma ponta de sonda iluminada a laser para escanear superfícies, normalmente alcançam resoluções de 10 a 100 nm.
No entanto, isso é insuficiente para imagens em escala atômica. A combinação dos métodos avançados de microscopia permitiu visualizar materiais em nível atômico.
A inovação consistiu em usar uma ponta de prata sob iluminação a laser visível em um microscópio de força atômica sem contato. A ponta oscila para lá e para cá com uma amplitude entre 0,5 e 1 nm. Isso permitiu criar uma cavidade plasmônica, um campo de luz confinada em um volume minúsculo (1 nm3), permitindo obter um contraste óptico detalhado na escala de ângstrom.
A capacidade de obter imagens de características como defeitos atômicos e estruturas em nanoescala com tanta precisão abre novas possibilidades para a engenharia óptica e a ciência dos materiais.