p (Phys.org) - Encontrando maneiras de ver, posição, medir, e manipular objetos em nanoescala com precisão é um desafio contínuo para os pesquisadores que estão desenvolvendo a próxima geração de eletrônicos ultracompactos, sensores e dispositivos ópticos. Mesmo os microscópios convencionais mais avançados são limitados pela difração do menor comprimento de onda da luz visível, cerca de 400 nanômetros, tornando-os incapazes de produzir imagens ou medições de objetos que são significativamente menores do que este limite. p Os pesquisadores tentam resolver esse problema usando "sondagens de relatórios". Um microscópio óptico de varredura de campo próximo (NSOM), por exemplo, é equipado com uma sonda conectada a uma ponta mecânica fina que pode digitalizar um objeto em nanoescala e criar uma imagem com base no campo eletromagnético que ele gera. Mas os NSOMs são complexos, equipamentos delicados e caros, e a presença da ponta perturba a interação entre a sonda e a amostra, distorcendo a imagem.

p Um novo estudo realizado por pesquisadores da Universidade de Maryland (UMD), publicado em 5 de fevereiro, Edição de 2013 da revista Nature Communications, descreve uma nova técnica para geração de imagens muito abaixo do limite de difração usando uma partícula que é muito menor do que o comprimento de onda da luz como uma sonda óptica. A partícula é manipulada com alta precisão usando um dispositivo microfluídico barato. A descoberta permitiu aos pesquisadores capturar medições em nanoescala com uma precisão espacial de 12 nanômetros.

p Pontos quânticos:holofotes nanoscópicos em um rio microscópico

p Um ponto quântico tem um tamanho de 3-6 nanômetros, partícula semicondutora com cerca de 25 vezes o diâmetro de um único átomo. Em temperatura ambiente, os pontos quânticos podem emitir fótons únicos de luz que podem ser sintonizados em um comprimento de onda desejado. Isso os torna sondas ideais para examinar nanoestruturas menores do que o limite de luz visível. Posicionado perto de um objeto em nanoescala, o ponto quântico torna-se uma espécie de holofote que amplifica o que o microscópio sozinho não consegue ver.

p O problema? É difícil capturar e escanear um único ponto quântico sobre outro objeto em nanoescala.

p A solução da equipe UMD está em um dispositivo microfluídico que manipula e posiciona os pontos quânticos usando o controle de fluxo de precisão. Um algoritmo de computador analisa os pontos dispersos dentro, selecionando um para ser a sonda de relatórios. À medida que o dispositivo microfluídico cria um fluxo de fluido, o ponto alvo começa a se mover. Um processo de feedback guiado por imagem rastreia continuamente a localização do ponto e ajusta o fluxo de acordo. Por exemplo, se for observado que o ponto está a noroeste de sua localização desejada, um fluxo sudeste é criado para movê-lo para o lugar.

p Esta técnica dá aos pesquisadores a capacidade de manipular um único ponto com precisão, guiando-o rapidamente para os locais desejados, e segurando-o em cada posição com precisão nanométrica para que possa ser usado para digitalizar objetos. A resposta do ponto para cada objeto digitalizado é medida, fornecer informações sobre os campos eletromagnéticos do objeto com resolução em nanoescala. Uma vez que nada mecânico toca o ponto quântico ou afeta sua interação com os objetos que verifica, as imagens produzidas são livres de distorção, limpo e afiado.

p Um Superior, Técnica menos cara

p "Em outras técnicas de manipulação de partículas - por exemplo, pinças a laser - a força aplicada a uma partícula se escala com seu volume, "explica Clark School of Engineering Prof. Benjamin Shapiro (Fischell Department of Bioengineering e the Institute for Systems Research), um dos co-autores do artigo. “Mas as forças viscosas que o fluxo do fluido aplica escala com o diâmetro da partícula. Na nanoescala, o fluxo de fluido tem um efeito maior na partícula do que as técnicas concorrentes, permitindo-nos mover, guiar e imobilizar o ponto quântico com mais facilidade e precisão. "

p Além de sua superioridade técnica, o novo sistema de manipulação em nanoescala é muito menos caro do que a microscopia óptica de varredura de campo próximo, que requer equipamentos que custam centenas de milhares de dólares.

p “A nova técnica é mais versátil, mais fácil de implementar, e mais preciso em uma ordem de magnitude do que a microscopia óptica de varredura de campo próximo convencional, "diz o colega de Shapiro, Prof. Edo Waks (Departamento de Engenharia Elétrica e de Computadores e Instituto de Pesquisa em Eletrônica e Física Aplicada). "Basicamente, podemos tirar um microscópio, adicionar um dispositivo microfluídico descartável, e superar os recursos de um NSOM por uma fração do custo e da complexidade.

p "Um aluno de graduação poderia construir o dispositivo microfluídico de dois canais básico usado no processo, usando técnicas padrão de fabricação suave, em menos de uma hora por menos de $ 50, " ele adiciona.

p A equipe UMD espera empacotar todos os componentes necessários do sistema em um produto complementar barato para microscópios.