p Uma equipe de pesquisa do NIMS identificou com sucesso os átomos e defeitos comuns existentes na superfície mais estável da forma anatase do dióxido de titânio, caracterizando este material em escala atômica com microscopia de varredura por sonda. Este trabalho foi publicado sob a política de acesso aberto na versão online do Nature Communications em 29 de junho, 2015 p A equipe de pesquisa composta por Oscar Custance e Tomoko Shimizu, líder do grupo e cientista sênior, respectivamente, no Grupo de Sonda de Força Atômica, NIMS, Daisuke Fujita e Keisuke Sagisaka, líder do grupo e pesquisador sênior, respectivamente, no Grupo de Caracterização de Superfície, NIMS, e cientistas da Charles University na República Tcheca, Universidade Autônoma de Madrid, na Espanha, e outras organizações combinaram medições simultâneas de microscopia de força atômica (AFM) e microscopia de tunelamento de varredura (STM) com cálculos de primeiros princípios para a identificação inequívoca das espécies atômicas na superfície mais estável da forma anatase do dióxido de titânio (doravante referido como anatase ) e seus defeitos mais comuns.

p Nos últimos anos, anatase atraiu considerável atenção, porque se tornou um material fundamental em dispositivos para fotocatálise e para a conversão de energia solar em eletricidade. É extremamente desafiador cultivar grandes cristais únicos de anatase, e a maioria das aplicações deste material são na forma de nanocristais. Para aumentar a reatividade catalítica de anatase e a eficiência de dispositivos para conversão de energia solar com base em anatase, é fundamental obter uma compreensão e controle em profundidade das reações que ocorrem na superfície deste material até o nível atômico. Apenas alguns grupos de pesquisa em todo o mundo possuem a tecnologia para criar amostras de teste adequadas e fazer observações em nível atômico in-situ de superfícies de anatásio.

p Neste estudo, a equipe de pesquisa usou amostras obtidas de cristais únicos naturais de anátase extraídos de rochas de anátase que ocorrem naturalmente. A equipe caracterizou a superfície da anatase em nível atômico por meio de AFM e STM simultâneos. Usando moléculas únicas de água como marcadores atômicos, a equipe identificou com sucesso as espécies atômicas desta superfície; resultado que foi adicionalmente confirmado pela comparação de medições simultâneas de AFM e STM com os resultados dos cálculos de primeiros princípios.

p No STM normal, em que uma sonda atomicamente afiada é varrida sobre a superfície, mantendo constante uma corrente elétrica fluindo entre eles, é difícil obter imagens estáveis ​​de superfícies de anátase, pois esse material apresenta baixa condutividade elétrica em algumas das posições atômicas da superfície. Contudo, a operação simultânea de AFM e STM permitiu a imagem da superfície com resolução atômica, mesmo dentro do gap de materiais (uma região onde o fluxo de corrente entre a sonda e a superfície é, em princípio, Proibido). Aqui, a detecção de forças interatômicas entre o último átomo da sonda atomicamente afiada e os átomos da superfície por AFM foi de importância crucial. Ao regular a distância da superfície da sonda usando AFM, foi possível obter imagens da superfície em escala atômica durante a coleta de dados STM sobre áreas condutoras e não condutoras da superfície. Ao comparar medições simultâneas de AFM e STM com simulações teóricas, a equipe não só foi capaz de discernir quais espécies atômicas estavam contribuindo para o AFM e as imagens do STM, mas também para identificar os defeitos mais comuns encontrados na superfície.

p No futuro, com base nas informações obtidas neste estudo, a equipe de pesquisa do NIMS conduzirá pesquisas sobre moléculas de relevância tecnológica que se adsorvem na anatase e caracterizará esses sistemas híbridos usando AFM e STM simultâneos. Seu objetivo final é formular novas abordagens para o desenvolvimento de fotocatalisadores e materiais e dispositivos de células solares.

p Este estudo foi publicado sob a política de acesso aberto na versão online do Nature Communications em 29 de junho, 2015