Os chips que acionam os dispositivos eletrônicos do dia-a-dia, como computadores pessoais e smartphones, são feitos em fábricas de semicondutores. Essas plantas empregam microscópios eletrônicos de transmissão poderosos. Embora possam ver estruturas físicas menores do que um bilionésimo de metro, esses microscópios não têm como ver a atividade eletrônica que faz os dispositivos funcionarem.

Isso pode mudar em breve, graças a uma nova técnica de imagem desenvolvida por pesquisadores da UCLA e da University of Southern California. Este avanço pode permitir que cientistas e engenheiros observem e entendam a atividade eletrônica dentro de dispositivos de trabalho, e, por fim, melhorar sua funcionalidade.

O estudo, que foi publicado online em Revisão Física Aplicada , foi liderado por Chris Regan, Professor de física e astronomia da UCLA e membro do California NanoSystems Institute.

O novo método mostra detalhes que as abordagens tradicionais com microscópios eletrônicos não capturam, ao mesmo tempo que revela estados eletrônicos dentro de uma amostra - anteriormente impossível com o uso de tais microscópios.

"Claro que você prefere ver dispositivos ativos, "Disse Regan." Queremos ver o que torna um dispositivo vivo em um sentido eletrônico, e as técnicas padrão não. "

Um dispositivo eletrônico pode ser comparado ao cérebro humano. O cérebro é comumente fotografado por meio de raios-X, que dão uma imagem precisa de sua estrutura física.

"Há muita física e química muito sutis acontecendo em seu cérebro, e se você tirou uma foto, você não veria nada disso, "Regan disse." A imagem perde algumas coisas muito dramáticas que tornam seu cérebro um lugar interessante. "

A técnica que ele e sua equipe criaram é menos parecida com a imagem de raios-X, e mais como os testes funcionais de ressonância magnética - ou fMRI - que os neurocientistas usam para rastrear o fluxo sanguíneo dentro do cérebro.

"Com o fMRI, você pode ver as peças iluminadas que estão sendo usadas, - disse Regan. - Isso dá uma ideia de como o cérebro está funcionando. De forma similar, nossa técnica permite que você veja as coisas que mudam conforme as funções de um dispositivo eletrônico. "

Os microscópios eletrônicos usam feixes de elétrons para ajudar os cientistas a "ver" um objeto. Neste estudo, os pesquisadores parearam um microscópio eletrônico de transmissão de varredura, ou STEM, e imagem de corrente induzida por feixe de elétrons, conhecido como imagem EBIC.

A imagem EBIC usa um amplificador para medir a corrente elétrica em uma amostra exposta ao feixe de elétrons de um microscópio. Esta técnica, demonstrado pela primeira vez na década de 1960, é útil para mostrar o campo elétrico embutido em certos dispositivos como células solares. Mas neste caso, os pesquisadores analisaram dispositivos que não tinham campos elétricos embutidos.

Adquirir imagens de microscópio de varredura padrão e imagens EBIC, os pesquisadores examinaram um simples par de eletrodos. As imagens EBIC produziram uma resolução e contraste nunca antes vistos. Este método mostrou qual eletrodo estava recebendo corrente, e até produziu um mapa detalhado da condutividade dos eletrodos.

“Quando começamos a desenvolver esta técnica, estávamos analisando amostras em que há uma mudança física muito sutil, mas uma grande mudança eletrônica, "disse William Hubbard, um pós-doutorado no laboratório de Regan e primeiro autor do estudo. "Vimos um contraste realmente interessante que você não consegue de outra maneira."

Para entender o mecanismo em funcionamento, a equipe usou dois amplificadores para registrar duas medições EBIC - outra inovação - e descobriu que a imagem EBIC estava captando sinais fracos de elétrons secundários. Essa sensibilidade permitiu que eles visualizassem não apenas onde os elétrons estão, mas onde não estão - elementos fundamentais do fluxo de corrente em um chip.

A riqueza dos dados surpreendeu até os pesquisadores quando aplicaram a técnica pela primeira vez.

"Vimos algo muito inesperado que nos deixou incrivelmente animados, "Hubbard disse." Então, eu diria que funcionou melhor do que esperávamos. "

A produção de fatias de amostra finas o suficiente para geração de imagens com microscopia eletrônica de transmissão torna os chips contemporâneos inoperantes. Mas, conforme os componentes se tornam menores e mais finos com o tempo, esta pesquisa pode abrir novas possibilidades para a compreensão do que acontece dentro dos dispositivos de consumo do futuro.