Átomos observados a uma resolução recorde

Embora haja recordes absurdos, existem outros bastante interessantes e que permitem que exploremos e tenhamos acesso a coisas verdadeiramente inacreditáveis. É o caso destes átomos, que foram observados a uma resolução recorde, através de um microscópio eletrónico de última geração.

Os investigadores por trás da proeza conseguiram rumar a bom porto, após uma tentativa em 2018.

Uma tentativa de observação de átomos com lacunas

Em 2018, investigadores da Cornell University, Nova Iorque, construíram um detetor de alta potência e combinaram-no com um processo dirigido por algoritmos chamado ptychography. Este trabalho permitiu triplicar a resolução de um microscópio eletrónico de última geração.

Nessa altura, a abordagem dos investigadores tinha um ponto fraco: só funcionava com amostras ultrafinas com alguns átomos de espessura. Assim sendo, qualquer coisa mais espessa faria com que os eletrões se dispersassem.

Agora, uma equipa liderada por David Muller, codiretor do Kavli Institute da Cornell University, bateu o recorde com um Electron Microscope Pixel Array Detector (EMPAD), que incorpora algoritmos de reconstrução 3D ainda mais sofisticados. A resolução é de tal forma fina, que o único desfoque possível é o movimento térmico dos próprios átomos.

Isto não estabelece apenas um novo recorde. Atingiu um regime que vai ser efetivamente um limite para a resolução. Basicamente, podemos agora descobrir onde estão os átomos de uma forma muito fácil. Isto abre uma série de novas possibilidades de medição de coisas que queremos fazer há muito tempo.

Disse Muller.

Será este o último recorde?

O processo de ptychography funciona através da digitalização de padrões de dispersão sobrepostos a partir de uma amostra de material e da procura de alterações na região sobreposta.

Estamos a procurar padrões de manchas que se parecem muito com aqueles lasers pelos quais os gatos são igualmente fascinados. Ao ver como o padrão muda, somos capazes de determinar a forma do objeto que causou o padrão.

Explicou Muller.

O detetor está ligeiramente desfocado, de forma a captar a maior quantidade de dados possível. Posteriormente, estes serão reconstruídos através de algoritmos complexos, resultando numa imagem extremamente detalhada, com picómetro de precisão.

David Muller, em 2017.

Embora os investigadores pudessem voltar a tentar bater o recorde agora estabelecido, com um material que consistisse em átomos mais pesados, que oscilassem menos, mesmo à temperatura zero, ainda iriam registar flutuações quânticas. Por isso, a melhoria não seria significativa.

Queremos aplicar isto a tudo o que fazemos. Até agora, todos temos estado a usar óculos muito maus. E agora temos de facto um par muito bom. Porque não haveria de querer tirar os óculos velhos, colocar os novos, e usá-los a toda a hora?

Esclareceu Muller.

Apesar de o método ser demorado e computacionalmente exigente, tendo em conta esta vontade da equipa, poderia ser tornado mais eficiente com computadores mais potentes e detetores mais rápidos.

O artigo "Electron Ptychography Achieves Atomic-Resolution Limits Set by Lattice Vibrations" foi publicado a 20 de maio, na Science.