A resolução dos microscópios de tunelamento de varredura pode ser melhorada dramaticamente anexando-se pequenas moléculas ou átomos à sua ponta. As imagens resultantes foram as primeiras a mostrar a estrutura geométrica das moléculas e têm gerado muito interesse entre os cientistas nos últimos anos. Cientistas da Forschungszentrum Jülich e da Academia de Ciências da República Tcheca em Praga agora usam simulações de computador para obter insights mais profundos sobre a física dessas novas técnicas de imagem. Uma dessas técnicas foi apresentada na revista. Ciência por cientistas americanos nesta primavera. Os resultados já foram publicados na revista Cartas de revisão física .

"Uma comparação entre os resultados experimentais e nossas simulações mostra excelente concordância e que, Portanto, nosso modelo teórico é capaz de explicar o mecanismo por trás das imagens microscópicas nesta família de técnicas, "diz o Prof. Tautz da Forschungszentrum Jülich." Esta comparação é essencial para analisar as imagens. "

Junto com seus colegas do Instituto Peter Grünberg (PGI-3), em 2008, Tautz introduziu o método de anexar moléculas individuais - inicialmente moléculas de hidrogênio, moléculas posteriores, como o monóxido de carbono - até a ponta de um microscópio de tunelamento e usando-as como sondas de medição extremamente sensíveis. A comunidade científica respondeu com grande interesse a este método, e a técnica desde então tem sido continuamente refinada. Ele permite que os microscópios de tunelamento de varredura sejam usados ​​como uma espécie de microscópio de força atômica capaz de criar imagens da estrutura geométrica das moléculas com uma precisão sem precedentes.

"As nuvens de carga de valência de moléculas orgânicas complexas frequentemente se espalham por toda a molécula, ocultando assim sua estrutura atômica, "diz Tautz. Moléculas flexivelmente ligadas na ponta do microscópio podem ser utilizadas como sensores e transdutores de sinal feitos sob medida que são capazes de tornar a estrutura atômica visível, no entanto.

Nos últimos anos, esses sensores atômicos também se mostraram úteis para trabalhar com microscópios de força atômica. Então, em maio de 2014, cientistas da Universidade da Califórnia, Irvine, mostraram pela primeira vez que esses sensores também podem ser usados ​​para melhorar os sinais em um modo de imagem relacionado conhecido como espectroscopia de tunelamento de elétrons inelástica. Nesse caso, é a vibração da molécula do sensor contra a ponta do microscópio que reage sensivelmente ao potencial de superfície da amostra digitalizada.

"Nossos cálculos mostram o efeito das forças eletrostáticas no AFM de alta resolução, STM, e imagens IETS ", explica o Dr. Pavel Jelínek do Instituto de Física da Academia de Ciências da República Tcheca em Praga. "Acreditamos que os resultados deste trabalho são uma contribuição importante para o uso da espectroscopia de tunelamento de elétrons inelástica que permitirá que a técnica seja usada como uma fonte adicional de informação na ciência dos materiais e derivar parâmetros adicionais das imagens."