O oxigênio é altamente reativo. Ele se acumula em muitas superfícies e determina seu comportamento químico. Na Universidade de Tecnologia de Viena, os cientistas estudam a interação entre o oxigênio e as superfícies de óxido de metal, que desempenham um papel importante em muitas aplicações técnicas, de sensores químicos e catalisadores à eletrônica.

Contudo, é extremamente difícil estudar as moléculas de oxigênio na superfície do óxido de metal sem alterá-las. Na TU Wien, isso agora foi conseguido com um truque especial:um único átomo de oxigênio é anexado à ponta de um microscópio de força atômica e, em seguida, é gentilmente guiado pela superfície. A força entre a superfície e o átomo de oxigênio é medida, e uma imagem é tirada com resolução extremamente alta. Os resultados já foram publicados na revista PNAS .

Diferentes tipos de oxigênio

"Nos últimos anos, muitas pesquisas foram feitas sobre como o oxigênio se liga às superfícies de óxido de metal, "diz o Prof. Martin Setvin do Instituto de Física Aplicada da TU Wien." As moléculas de O2 permanecem intactas, ou eles estão divididos em átomos individuais? Ou seria possível que as chamadas formas de tetraoxigênio, um complexo de quatro átomos? Essas questões são importantes para entender as reações químicas na superfície do óxido de metal. "

Infelizmente, não é fácil tirar uma foto desses átomos. Microscópios de tunelamento de varredura são freqüentemente usados ​​para criar imagens de superfícies átomo por átomo. Uma ponta fina é passada sobre a amostra a uma distância extremamente curta, de modo que elétrons individuais possam passar entre a amostra e a ponta. A minúscula corrente elétrica resultante é medida. Contudo, este método não pode ser usado para moléculas de oxigênio - elas se tornariam eletricamente carregadas e mudariam completamente seu comportamento.

Os cientistas de Viena usaram um microscópio de força atômica. Aqui também, uma ponta fina é movida pela superfície. Nesse caso, nenhum fluxo de corrente, mas a força que atua entre a ponta e a superfície é medida. Um truque especial foi decisivo - a funcionalização da ponta:"Um único átomo de oxigênio é primeiro capturado pela ponta do microscópio de força atômica e, em seguida, movido pela superfície, "explica Igor Sokolovic. O átomo de oxigênio, portanto, serve como uma sonda altamente sensível para examinar a superfície ponto a ponto.

Uma vez que nenhuma corrente flui e o átomo de oxigênio nunca entra em contato total com a superfície, este método é extremamente suave e não altera os átomos na superfície do óxido de metal. Desta maneira, a geometria dos depósitos de oxigênio no óxido de metal pode ser examinada em detalhes.

Um método versátil

"Esta funcionalização da ponta, colocando um átomo muito específico sobre ela, foi desenvolvida nos últimos anos, e agora estamos mostrando pela primeira vez que pode ser aplicado a superfícies de óxido de metal, "diz Setvin.

Acontece que as moléculas de oxigênio podem ser ligadas ao óxido de metal de diferentes maneiras - seja nos átomos de titânio na superfície ou em certas posições, onde um átomo de oxigênio está faltando. Dependendo da temperatura, as moléculas de oxigênio podem então se dividir em dois átomos de oxigênio individuais. Contudo, nenhum tetraoxigênio - um complexo hipotético de quatro átomos de oxigênio - foi encontrado.

"As superfícies de óxido de titânio que examinamos desta forma são um caso protótipo para colocar este método em teste, "explica Martin Setvin." Mas as percepções que ganhamos com nossos experimentos também se aplicam a muitos outros materiais. "A microscopia com uma ponta funcionalizada em um microscópio de força atômica é um método versátil para obter imagens de uma estrutura de superfície com resolução atômica sem destruição e sem eletrônica mudança.