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  • O controle de nanoclusters com defeitos de superfície pode levar à construção de nanodispositivos (w / Video)
    p Ilustração de uma ponta de microscópio de força atômica "chutando" um aglomerado de átomos de ouro em um substrato. Crédito:Teemu Hynninen, et al.

    p (Phys.org) - Em nanociência, o objetivo final é projetar melhores materiais e dispositivos, controlando as posições dos átomos, moléculas, e clusters moleculares em um substrato com precisão exata. Em um novo estudo, pesquisadores desenvolveram um novo método para controlar os movimentos e posições de aglomerados de átomos de ouro em um substrato isolante, não apenas usando a ponta de um microscópio, como normalmente é feito, mas também usando defeitos do tamanho de um átomo no próprio substrato. O nível adicional de controle oferecido pelos defeitos pode ser útil para a construção de futuros nanodispositivos e nanomáquinas. p Os pesquisadores, Teemu Hynninen, et al., de institutos na Finlândia e na França, publicaram seu estudo sobre a manipulação de nanoclusters de ouro usando defeitos em uma superfície de NaCl em uma edição recente da Relatórios Científicos .

    p Em 1990, os pesquisadores demonstraram pela primeira vez que podiam mover átomos individuais empurrando-os com a ponta de um microscópio de tunelamento de varredura (STM). Mas embora o movimento de átomos individuais possa ser de grande interesse fundamental, na verdade, é mais prático ser capaz de mover aglomerados atômicos um pouco maiores.

    p "Para muitas aplicações, como catálise, clusters ou moléculas são mais relevantes do que átomos individuais, então faz sentido operar em unidades maiores do que apenas átomos, "Hynninen, na Aalto University e na Tampere University of Technology na Finlândia, contado Phys.org . "Também, se você quiser construir algo de tamanho considerável (em nanoescala), é mais fácil se você puder usar blocos de construção maiores. Claro, você nunca produziria nada com nanomanipulação - é muito ineficiente. Nanomanipulação é uma tecnologia com a qual é possível projetar estruturas com precisão absoluta para estudos posteriores. ”

    p Nos últimos anos, cientistas demonstraram como mover aglomerados atômicos usando um microscópio de força atômica sem contato (nc-AFM), que funciona devido a uma interação repulsiva que surge entre o cluster e a ponta quando eles estão separados por apenas alguns angstroms. Geralmente, aglomerados atômicos podem ser movidos por uma ponta sem contato de duas maneiras:abaixando a ponta diretamente acima do aglomerado (que os pesquisadores chamam de "chute"), e movendo a ponta em direção ao cluster a partir da lateral (o que os pesquisadores chamam de "deslizamento").

    p Embora chutar e deslizar forneçam maneiras comprovadas de mover aglomerados atômicos, ambos os métodos são limitados pela direção de varredura da ponta. Isso é, a direção do movimento do cluster depende da posição da ponta.

    p No novo estudo, os cientistas demonstraram que, aproveitando os defeitos naturais do substrato em que se encontram os átomos, eles podem mover aglomerados atômicos de uma maneira que não é completamente restringida pela posição da ponta. Como os pesquisadores explicam em seu artigo e no vídeo do YouTube, um substrato de NaCl pode ter defeitos de vacância devido à falta de íons Na e Cl. Quando os pesquisadores depositaram átomos de ouro neutros únicos no substrato isolante de NaCl, eles observaram que as vacâncias atuam como locais de nucleação que permitem que os átomos de ouro e os aglomerados se liguem ao substrato.

    Resumo de vídeo para "Manipulação mediada por defeito de nanoclusters em um isolador". Crédito:Teemu Hynninen, et al.
    p Os pesquisadores descobriram que os clusters de ouro se ligam às vacâncias de íon Na e às vacâncias de íon Cl de maneiras diferentes. Um aglomerado se liga a uma vacância de íon Na ao longo de uma das bordas do aglomerado para que se oriente com uma fileira próxima de íons Cl. O modo de movimento energeticamente favorecido do aglomerado é deslizar ao longo da fileira de íons Cl em uma linha reta, paralelo à borda colada. Em contraste, um cluster se liga a uma vacância de Clion em um dos cantos do cluster, em vez de uma borda. Este cluster prefere se mover girando em torno de seu canto ligado, pois ele constantemente tenta se reorientar com os íons vizinhos. Como resultado, o cluster pode se mover em um caminho em zigue-zague em qualquer direção.

    p Quando os pesquisadores trouxeram um nc-AFM para escanear a superfície da parte superior e lateral, eles descobriram que podiam mover grupos de átomos de ouro de 5 nm (cerca de 2.000 a 2.500 átomos) de maneiras diferentes, dependendo do tipo de defeito ao qual os clusters foram aderidos. Sabendo que as vacâncias de íon de Na são o defeito dominante em uma parte do substrato chamada bordas de degrau, e as vagas de Clion são mais comuns em uma parte chamada terraço, os pesquisadores poderiam atribuir os diferentes tipos de movimentos de cluster aos diferentes tipos de vagas. Os aglomerados nas bordas dos degraus sempre se moviam em linha reta em uma direção específica, enquanto os aglomerados no terraço podem ser facilmente movidos em diferentes direções.

    p As contribuições dos defeitos para o movimento dos clusters oferecem aos cientistas uma maneira adicional de manipular os clusters usando um nc-AFM. Os pesquisadores esperam que este mecanismo possa ser explorado para construir nanoestruturas e, em um processo reverso, os movimentos dos clusters podem ser usados ​​para ajudar a identificar os tipos de defeitos em um substrato. Como os pesquisadores explicaram, pode ser possível controlar os defeitos nos substratos, e, assim, controlar o movimento dos clusters.

    p “Praticamente todos os materiais apresentam defeitos como vagas, e muitas vezes eles também aparecem nas superfícies, "Hynninen disse." Defeitos podem ser criados ou removidos, por exemplo, por irradiação ou tratamento térmico. Um exemplo comum é a irradiação de pedras preciosas, onde a cor das gemas é controlada expondo-as à irradiação. A radiação cria defeitos nos cristais e estes afetam as propriedades ópticas das gemas. Em princípio, pode-se usar esses métodos para controlar os defeitos e, portanto, o movimento dos aglomerados. A maneira exata como isso funcionaria depende do substrato e dos clusters. " p © 2013 Phys.org




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