Cientistas e engenheiros que trabalham na fronteira da nanotecnologia enfrentam enormes desafios. Quando a posição de um único átomo em um material pode alterar as propriedades fundamentais desse material, os cientistas precisam de algo em sua caixa de ferramentas para medir como esse átomo se comportará.

Uma equipe de pesquisa liderada pela Universidade de Leeds, em colaboração com colegas da Universidade Sorbonne em Paris, França, mostraram pela primeira vez que é possível desenvolver uma técnica diagnóstica vagamente relacionada à ideia de um diapasão.

Um diapasão produz um tom fixo quando a energia é aplicada a ele - nesse caso, quando é atingido. Mas se o garfo for alterado de alguma forma, sai do tom:o tom muda.

A técnica usada pela equipe de pesquisa envolve o disparo de um feixe de elétrons em um único átomo em um sólido. Esse fluxo de energia faz com que ele e os átomos que o cercam vibrem.

Isso cria uma impressão digital de energia vibracional única, semelhante ao tom fixo de um diapasão, que pode ser registrado por um microscópio eletrônico. Mas se uma única impureza de átomo estiver presente, outro elemento químico, por exemplo, a impressão digital da energia vibracional dessa impureza mudará:o material terá um 'som' diferente neste local preciso.

A pesquisa abre a possibilidade de que os cientistas sejam capazes de monitorar materiais em busca de impurezas atômicas.

As evidências, Espectroscopia Vibracional de Átomo Único no Microscópio Eletrônico de Varredura, são publicados hoje no jornal Ciência .

Quentin Ramasse, Professor de Microscopia Eletrônica Avançada em Leeds que liderou o projeto, disse:"Agora temos evidências diretas de que um único átomo" estranho "em um sólido pode mudar sua propriedade vibracional na escala atômica.

"Isso foi previsto por décadas, mas não houve nenhuma técnica experimental para observar essas mudanças vibracionais diretamente. Conseguimos mostrar pela primeira vez que é possível registrar essa assinatura de defeito com precisão atômica. "

Os pesquisadores usaram o Laboratório SuperSTEM, o Centro de Pesquisa Nacional do Reino Unido para Microscopia Eletrônica Avançada, apoiado pelo Conselho de Engenharia e Pesquisa Física (EPSRC).

A instalação abriga algumas das instalações mais avançadas do mundo para investigar a estrutura atômica da matéria, e é operado sob os auspícios de um consórcio acadêmico liderado pela Universidade de Leeds (incluindo também as Universidades de Oxford, York que estava envolvido neste projeto, assim como Manchester, Glasgow e Liverpool).

Os cientistas localizaram um único átomo de impureza de silício em um grande cristal de grafeno (uma forma de carbono com apenas um átomo de espessura) - e então focalizaram o feixe de seu microscópio eletrônico diretamente naquele átomo.

O professor Ramasse disse:"Estamos atingindo-o com um feixe de elétrons, que faz o átomo de silício se mover ou vibrar, absorvendo parte da energia do feixe de elétrons que chega no processo - e estamos medindo a quantidade de energia que está sendo absorvida. "

A animação ilustra esquematicamente como o silício vibra, e como essa vibração começa a afetar os átomos vizinhos, e é inspirado por extensos cálculos teóricos da equipe do Dr. Guillaume Radtke da Universidade Sorbonne, quem colaborou neste projeto.

"A resposta vibracional que observamos é exclusiva de como este átomo de silício em particular está localizado dentro da rede de grafeno, "acrescentou o Dr. Radtke." Poderíamos prever como sua presença perturbaria a rede circundante de átomos de carbono, mas esses experimentos representam uma conquista técnica real porque agora somos capazes de medir com precisão atômica uma mudança tão sutil. "