Uma linha de pesquisa realizada em uma colaboração pan-europeia liderada por cientistas do Departamento de Física Aplicada da Universidade Aalto produziu resultados proeminentes para a microscopia eletrônica de grafeno dopado com nitrogênio e nanotubos de carbono.

Artigo publicado em setembro na revista ACS Nano fornece uma descrição atomística detalhada do dano induzido por feixe de elétrons nessas estruturas importantes, combinando métodos computacionais avançados com microscopia eletrônica de última geração.

Toma Susi, pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Física Aplicada da Universidade de Aalto, começou a estudar o sistema em 2010, juntamente com o atual pesquisador da Universidade de Viena, Jani Kotakoski.

"Nosso trabalho começou como um encontro casual durante uma sessão de pôster do workshop. Eu tinha perguntas que Jani poderia responder por meio de modelagem computacional. A colaboração acabou crescendo para incluir 11 autores de cinco países europeus, "relata Toma Susi.

Susi e seus colegas investigaram como os feixes de elétrons energéticos usados ​​em microscópios eletrônicos de transmissão afetam os nanomateriais à base de carbono dopados com átomos de nitrogênio.

"Os microscópios operam basicamente pelo mesmo princípio dos microscópios ópticos, mas eles usam ondas de elétrons em vez de luz para a imagem. Os materiais são interessantes porque têm perspectivas interessantes para a nanoeletrônica, eletrocatálise sem metal e detecção de gás. "

A ligação atômica exata dos dopantes afeta muito a modificação resultante das propriedades do hospedeiro. Desenvolvimentos de ponta recentes em instrumentação permitiram análises átomo por átomo e até imagens diretas de locais de nitrogênio no grafeno. Contudo, uma vez que os elétrons carregam o momento, colisões inelásticas podem levar à ejeção de átomos do material alvo, potencialmente levando à identificação incorreta das estruturas dopantes não modificadas.

"Mais empolgante, poderíamos imaginar diretamente a ejeção de átomos de carbono próximos aos dopantes e nunca os próprios dopantes - exatamente como as simulações previram, explica Susi. "

Além de fornecer uma melhor compreensão da estabilidade à irradiação dessas estruturas, os resultados mostram que as mudanças estruturais não podem ser negligenciadas na caracterização usando elétrons de alta energia. Essa noção aumentará de importância à medida que os dispositivos se tornarem mais poderosos.

"Apesar dos resultados científicos significativos, a história de nosso artigo ilustra bem como funciona a colaboração científica. Eu dei uma palestra no quinto evento do ScienceSLAM Helsinki sobre a história do artigo e segui com uma postagem no blog incluindo uma análise dos 720 e-mails trocados entre os co-autores. Uma vez que a pesquisa não estava diretamente relacionada a nenhum trabalho de projeto específico, também mostra o que um pouco de liberdade acadêmica e recursos bastante modestos podem, na melhor das hipóteses, levar. Sou grato ao nosso líder de grupo, Professor Esko Kauppinen, por apoiar nossa linha de trabalho. "