Uma técnica que revolucionou a capacidade dos cientistas de manipular e estudar materiais em nanoescala pode ter consequências inesperadas dramáticas, revela uma nova pesquisa da Universidade de Oxford.

O Focused Ion Beam Milling (FIB) usa um minúsculo feixe de partículas altamente energéticas para cortar e analisar materiais menores que um milésimo de um fio de cabelo humano.

Essa capacidade notável transformou campos científicos que vão desde ciência de materiais e engenharia até biologia e ciências da terra. O FIB é agora uma ferramenta essencial para uma série de aplicações, incluindo; pesquisando ligas de alto desempenho para engenharia aeroespacial, aplicações nucleares e automotivas e para prototipagem em microeletrônica e microfluídica.

O FIB era anteriormente conhecido por causar danos estruturais dentro de uma camada superficial fina (com dezenas de átomos de espessura) do material que está sendo cortado. Até agora, presumia-se que os efeitos do FIB não se estenderiam além desta fina camada danificada. Novos resultados inovadores da Universidade de Oxford demonstram que este não é o caso, e que o FIB pode de fato alterar dramaticamente a identidade estrutural do material. Este trabalho foi realizado em colaboração com colegas do Laboratório Nacional de Argonne, EUA, LaTrobe University, Austrália, e o Centro Culham para Energia de Fusão, REINO UNIDO.

Em pesquisa recém-publicada na revista Relatórios Científicos , a equipe estudou os danos causados ​​pelo FIB usando uma técnica chamada difração de raios-X síncrotron coerente. Isso se baseia em raios-X ultrabrilhantes de alta energia, disponível apenas em instalações centrais, como a Advanced Photon Source no Argonne National Lab, EUA. Esses raios X podem sondar a estrutura 3-D dos materiais em escala nano. Os resultados mostram que mesmo doses muito baixas de FIB, anteriormente considerado insignificante, tem um efeito dramático.

Felix Hofmann, Professor Associado do Departamento de Ciências da Engenharia de Oxford e principal autor do estudo, disse, "Nossa pesquisa mostra que os feixes FIB têm consequências de alcance muito maior do que se pensava, e que o dano estrutural causado é considerável. Afeta toda a amostra, mudando fundamentalmente o material. Dado o papel que a FIB passou a desempenhar na ciência e tecnologia, há uma necessidade urgente de desenvolver novas estratégias para entender adequadamente os efeitos dos danos do FIB e como eles podem ser controlados. "

Antes do desenvolvimento do FIB, as técnicas de preparação de amostras eram limitadas, permitindo apenas que as seções sejam preparadas a partir do volume do material, mas não de recursos específicos. O FIB transformou esse campo tornando possível cortar cupons minúsculos de sites específicos em um material. Esta progressão permitiu aos cientistas examinar características específicas de materiais usando microscópios eletrônicos de alta resolução. Além disso, tornou possível o teste mecânico de minúsculos espécimes de materiais, uma necessidade para o estudo de materiais perigosos ou extremamente preciosos.

Embora desejoso de que seus colegas prestem atenção às graves consequências do FIB, O professor Hofmann disse, "A comunidade científica está ciente desse problema há algum tempo, mas ninguém (inclusive eu) percebeu a escala do problema. Não havia como sabermos que o FIB tinha esses efeitos colaterais invasivos. A técnica é parte integrante do nosso trabalho e transformou nossa abordagem de prototipagem e microscopia, mudando completamente a maneira como fazemos ciência. Tornou-se uma parte central da vida moderna. "

Seguindo em frente, a equipe está empenhada em desenvolver a conscientização sobre os danos do FIB. Além disso, eles desenvolverão seu trabalho atual para obter uma melhor compreensão do dano formado e como ele pode ser removido. O professor Hofmann disse, "Estamos aprendendo como melhorar. Deixamos de usar a técnica às cegas, para descobrir como podemos realmente ver as distorções causadas pelo FIB. Em seguida, podemos considerar abordagens para mitigar os danos do FIB. É importante ressaltar que as novas técnicas de raios-X que desenvolvemos nos permitirão avaliar a eficácia dessas abordagens. A partir dessas informações, podemos começar a formular estratégias para gerenciar ativamente os danos do FIB. "