Seja qual for o tamanho dos telefones celulares ou computadores, a maneira como esses dispositivos eletrônicos operam depende das interações entre os materiais. Por esta razão, engenheiros e pesquisadores precisam saber exatamente como os elementos químicos específicos dentro de um chip de computador ou um diodo transistorizado se comportam, e o que acontece quando esses elementos se ligam. Físicos da Friedrich Schiller University Jena, Alemanha, agora desenvolveram um método inovador que lhes permite obter vários tipos diferentes de informações simultaneamente do interior de um bloco de construção em nanoescala - e isso enquanto ele está no estado ativo. Os pesquisadores de Jena e seus parceiros relataram suas descobertas na edição atual da revista especializada Avanços da Ciência .

"Usando nosso método, podemos obter informações ao mesmo tempo sobre a composição dos elementos - a fração entre os elementos; sobre seu grau de oxidação, que significa seu estado de valência ou a natureza da ligação; e finalmente, sobre os campos elétricos internos que foram assim criados, "explica o Prof. Dr. Carsten Ronning da Universidade de Jena." Estes são todos indicadores elementares para a função do componente, "adiciona Ronning, quem dirige o projeto. Contudo, no procedimento desenvolvido pelos físicos, os componentes investigados não precisam ser elaboradamente preparados ou possivelmente mesmo destruídos. "Em princípio, podemos radiografar os diodos de um telefone celular enquanto ele está ligado, sem danificá-lo, "diz Ronning.

Feixe de raios X do acelerador de partículas

Uma característica decisiva da abordagem de pesquisa é um feixe de raios-X muito bem focalizado, com o qual os físicos de Jena inicialmente radiografaram um dispositivo feito especialmente para seus experimentos. "Introduzimos átomos de arsênio e gálio em um fio de silício com cerca de 200 nanômetros de espessura. Quando aquecido, esses átomos se aglomeram em um ponto, quer dizer, eles se reúnem, que produz um componente funcional, "explica o Prof. Ronning." Em seguida, executamos um feixe de raios-X de 50 nanômetros de largura ao longo do fio, assim, irradiando-o pouco a pouco. "

Os pesquisadores estabeleceram que este arranjo mistura de materiais, semelhante a uma célula solar, converteu os raios X em corrente elétrica, que fluía apenas em uma direção, como em um diodo. Desta maneira, os pesquisadores tornaram visíveis os campos elétricos internos essenciais. Além disso, o componente emitiu luz. "Os raios X excitam os átomos no bloco de construção, que emitem uma radiação característica, "explica o Dr. Andreas Johannes, quem conduziu os experimentos. "Desta maneira, obtemos um espectro, que nos dá informações valiosas sobre os elementos individuais presentes e suas proporções relativas. "Se a energia dos raios X for alterada, os chamados espectros de absorção de raios-X são produzidos que permitem aos pesquisadores fazer afirmações sobre o grau de oxidação dos elementos - e, por extensão, em relação aos próprios vínculos.

"Agora, é possível obter todos esses tipos de informações por meio de uma medição usando nosso método, "diz Andreas Johannes. Embora resultados comparáveis ​​sejam possíveis usando microscopia eletrônica, nesses casos, os dispositivos devem ser especialmente preparados e possivelmente destruídos, como a profundidade de penetração do feixe de elétrons é substancialmente mais limitada. Além disso, tais medições só podem ocorrer no vácuo, enquanto o método de raios-X é virtualmente independente de qualquer ambiente específico.

Até agora, tais feixes estreitos de raios-X só poderiam ser gerados por aceleradores de partículas, razão pela qual os físicos da Universidade de Jena têm trabalhado em conjunto com a European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) em Grenoble, França, para desenvolver o novo método de medição. Essas instalações estão disponíveis tanto para pesquisadores científicos quanto para a indústria, a fim de radiografar os componentes existentes com maior precisão, e acima de tudo, para experimentar novas combinações de materiais para criar componentes com melhor desempenho. "Por exemplo, nosso método pode ser valioso no desenvolvimento de novas baterias, "diz Andreas Johannes." Como os pesquisadores também gostariam de examiná-los, especialmente durante o uso e totalmente operacional, por exemplo, para determinar os graus de oxidação dos elementos. "