p Os microscópios de luz revolucionaram nossa compreensão do microcosmos, mas sua resolução é limitada a cerca de 100 nanômetros. Para ver como as moléculas se ligam, pausa, ou mudar sua estrutura, precisamos de uma resolução pelo menos 1000 vezes melhor. p A difração de elétrons induzida por laser (LIED) é uma técnica que permite localizar os átomos individuais dentro de uma única molécula, e para ver para onde cada átomo se move quando a molécula sofre uma reação. Esta técnica provou ser uma ferramenta incrível para as moléculas de imagem, como água, sulfureto de carbonilo ou dissulfureto de carbono. Contudo, usar um forte campo de laser para gerar a difração de elétrons apresentou desafios na recuperação da estrutura exata, uma vez que a resolução estrutural dependia do conhecimento exato do próprio campo do laser.

p Em um estudo publicado recentemente em Nature Communications , Os pesquisadores do ICFO Aurelien Sanchez, Kasra Amini, Tobias Steinle, Xinyao Liu, liderado pelo ICREA Prof. no ICFO Jens Biegert, em colaboração com pesquisadores da Kansas State University, Max-Planck-Institut für Kernphysik, Physikalisch-Technische Bundesanstalt, e Friedrich-Schiller-Universität Jena, relataram uma abordagem alternativa e inovadora que recupera informações precisas e precisas sobre a estrutura atômica sem conhecimento exato sobre o campo de laser. Eles aplicaram com sucesso o método de geração de imagens de molécula de sulfeto de carbonila em fase gasosa (OCS), em particular nos comprimentos de ligação entre os átomos constituintes, mostrando uma configuração curvada significativa e esticada assimetricamente do OCS ionizado ⁺ estrutura.

p Determinando as ligações atômicas de sulfeto de carbonila

p Em seu experimento, os cientistas pegaram uma mistura de gases de 1% OCS em hélio e a expandiram supersonicamente para criar um feixe molecular do gás com uma temperatura abaixo de 90K. Eles então pegaram um laser de 3,2 μm e expuseram a molécula ao forte campo de laser. A interação entre o laser e a molécula produziu um elétron acelerado, que foi liberado da molécula, acelerado no campo do laser e retornado ao íon alvo pelo campo elétrico do laser; a recolisão do elétron com a estrutura do íon gerou uma impressão molecular da estrutura e, extraindo esta informação do padrão de interferência do elétron e da análise do ângulo de espalhamento, os cientistas foram capazes de determinar a estrutura adequada da molécula.

p Novidade da abordagem

p Nomeado ZCP-LIED, a novidade dessa abordagem reside no fato de que os cientistas descobriram uma maneira muito inteligente de recuperar as informações atômicas usando as informações completas de espalhamento de elétrons 2D, principalmente a energia e os espectros de ângulo de espalhamento do elétron na estrutura do laboratório, em vez da estrutura do laser, o que melhorou drasticamente as estatísticas dos resultados. Além de usar dados 2D em vez de informações 1D, eles também identificaram uma característica distintiva em espectros relacionados ao que eles chamaram de posições de ponto de cruzamento zero (ZCP) (onde o sinal de interferência mostrou um valor nulo). Ao realizar a análise sobre esses pontos críticos, os cientistas foram capazes de obter, a partir de um conjunto de dados muito menor, informações mais precisas sobre os comprimentos das ligações dos átomos que compõem a molécula, reduzindo consideravelmente o tempo de cálculo.

p Para validação de sua abordagem, eles usaram vários métodos, comparou-os com simulações teóricas da química quântica e provou que sua técnica ZCP-LIED poderia obter distâncias internucleares com uma precisão muito maior, poderia medir distâncias de ligação de comprimento semelhante (algo bastante impossível de fazer com os métodos anteriores), que evitou a conversão de quadros de referência, e foi capaz de determinar a estrutura molecular em ambientes onde o ruído de fundo pode ser considerável. Levando tudo isso em consideração, eles relataram a obtenção de informações moleculares de moléculas de 10 átomos, e em particular, para o sulfeto de carbonila, onde eles viram que a molécula OCS ⁺ tinha uma estrutura significativamente dobrada e esticada assimetricamente, diferente do que estudos anteriores haviam determinado para esta molécula.

p Os resultados obtidos neste estudo demonstraram que a técnica ZCP-LIED pode ser uma ferramenta muito poderosa para determinar a estrutura molecular de moléculas grandes e mais complexas. Também poderia ser estendido para difração de elétrons ultrarrápida (UED) e até difração de raios-X ultrarrápida (UXD) para rastrear as moléculas da estrutura geométrica em uma fase transitória.