p Usando uma única molécula como sensor, cientistas em Jülich conseguiram imagens de campos de potencial elétrico com precisão incomparável. As imagens de resolução ultra-alta fornecem informações sobre a distribuição de cargas nas camadas de elétrons de moléculas individuais e até de átomos. A técnica 3D também é livre de contato. Os primeiros resultados obtidos usando "microscopia de pontos quânticos de varredura" foram publicados na edição atual da Cartas de revisão física . A publicação relacionada foi escolhida como sugestão do Editor e selecionada como Viewpoint no portal de ciências Física. A técnica é relevante para diversos campos científicos, incluindo investigações em biomoléculas e materiais semicondutores. p "Nosso método é o primeiro a gerar imagens de campos elétricos próximos à superfície de uma amostra de forma quantitativa com precisão atômica em escala sub-nanométrica, "diz o Dr. Ruslan Temirov de Forschungszentrum Jülich. Esses campos elétricos circundam todas as nanoestruturas como uma aura. Suas propriedades fornecem informações, por exemplo, na distribuição de cargas em átomos ou moléculas.

p Para suas medições, os pesquisadores de Jülich usaram um microscópio de força atômica. Isso funciona um pouco como um toca-discos:uma ponta se move pela amostra e junta uma imagem completa da superfície. Para criar imagens de campos elétricos até agora, os cientistas usaram toda a parte frontal da ponta de varredura como uma sonda Kelvin. Mas a grande diferença de tamanho entre a ponta e a amostra causa dificuldades de resolução - se imaginarmos que um único átomo tem o mesmo tamanho que a cabeça de um alfinete, então a ponta do microscópio seria tão grande quanto o Empire State Building.

p Molécula única como sensor

p Para melhorar a resolução e a sensibilidade, os cientistas em Jülich anexaram uma única molécula como um ponto quântico à ponta do microscópio. Os pontos quânticos são estruturas minúsculas, medindo não mais do que alguns nanômetros de diâmetro, que devido ao confinamento quântico só pode assumir certas, estados discretos comparáveis ​​ao nível de energia de um único átomo.

p A molécula na ponta do microscópio funciona como um balanço de feixe, que se inclina para um lado ou para o outro. Uma mudança em uma direção ou outra corresponde à presença ou ausência de um elétron adicional, que salta da ponta para a molécula ou não. O equilíbrio "molecular" não compara pesos, mas sim dois campos elétricos que atuam no elétron móvel do sensor molecular:o primeiro é o campo de uma nanoestrutura sendo medida, e o segundo é um campo ao redor da ponta do microscópio, que carrega uma tensão.

p "A voltagem na ponta é variada até que o equilíbrio seja alcançado. Se soubermos qual voltagem foi aplicada, podemos determinar o campo da amostra na posição da molécula, "explica o Dr. Christian Wagner, um membro do grupo de Jovens Investigadores de Temirov no Instituto Peter Grünberg de Jülich (PGI-3). "Porque todo o equilíbrio molecular é tão pequeno, compreendendo apenas 38 átomos, podemos criar uma imagem muito nítida do campo elétrico da amostra. É um pouco como uma câmera com pixels muito pequenos. "

p Universalmente aplicável

p Uma patente está pendente para o método, que é particularmente adequado para medir superfícies ásperas, por exemplo, aquelas de estruturas semicondutoras para dispositivos eletrônicos ou biomoléculas dobradas. "Em contraste com muitas outras formas de microscopia de varredura por sonda, a microscopia de pontos quânticos de varredura pode até funcionar a uma distância de vários nanômetros. No nanomundo, esta é uma distância considerável, "diz Christian Wagner. Até agora, a técnica desenvolvida em Jülich só foi aplicada em alto vácuo e em baixas temperaturas:pré-requisitos essenciais para fixar com cuidado a única molécula na ponta do microscópio.

p "Em princípio, variações que funcionariam à temperatura ambiente são concebíveis, "acredita o físico. Outras formas de pontos quânticos poderiam ser usados ​​como um sensor no lugar da molécula, como aqueles que podem ser realizados com materiais semicondutores:um exemplo seriam os pontos quânticos feitos de nanocristais como aqueles que já estão sendo usados ​​na pesquisa fundamental.