p Os átomos são os blocos de construção de toda a matéria na Terra, e os padrões em que eles estão dispostos ditam o quão forte, um material condutor ou flexível será. Agora, cientistas da UCLA usaram um microscópio poderoso para obter imagens das posições tridimensionais de átomos individuais com uma precisão de 19 trilionésimos de metro, que é várias vezes menor do que um átomo de hidrogênio. p Suas observações tornam isso possível, pela primeira vez, para inferir as propriedades macroscópicas de materiais com base em seus arranjos estruturais de átomos, que guiará como cientistas e engenheiros constroem componentes de aeronaves, por exemplo. A pesquisa, liderado por Jianwei (John) Miao, professor de física e astronomia da UCLA e membro do California NanoSystems Institute da UCLA, é publicado em 21 de setembro na edição online da revista Materiais da Natureza .

p Por mais de 100 anos, pesquisadores inferiram como os átomos estão dispostos no espaço tridimensional usando uma técnica chamada cristalografia de raios-X, que envolve medir como as ondas de luz se espalham em um cristal. Contudo, A cristalografia de raios-X só fornece informações sobre as posições médias de muitos bilhões de átomos no cristal, e não sobre as coordenadas precisas de átomos individuais.

p "É como pegar uma média de pessoas na Terra, "Miao disse." A maioria das pessoas tem cabeça, dois olhos, um nariz e duas orelhas. Mas uma imagem da pessoa média ainda será diferente de você e eu. "

p Como a cristalografia de raios-X não revela a estrutura de um material por átomo, a técnica não consegue identificar pequenas imperfeições em materiais, como a ausência de um único átomo. Essas imperfeições, conhecidos como defeitos pontuais, pode enfraquecer materiais, o que pode ser perigoso quando os materiais são componentes de máquinas como motores a jato.

p "Os defeitos pontuais são muito importantes para a ciência e tecnologia modernas, "Miao disse.

p Miao e sua equipe usaram uma técnica conhecida como microscopia eletrônica de transmissão de varredura, em que um feixe de elétrons menor que o tamanho de um átomo de hidrogênio é varrido sobre uma amostra e mede quantos elétrons interagem com os átomos em cada posição de varredura. O método revela a estrutura atômica dos materiais porque diferentes arranjos de átomos fazem com que os elétrons interajam de maneiras diferentes.

p Contudo, microscópios eletrônicos de transmissão de varredura produzem apenas imagens bidimensionais. Portanto, a criação de uma imagem 3D requer que os cientistas digitalizem a amostra uma vez, incline-o alguns graus e examine-o novamente - repetindo o processo até que a resolução espacial desejada seja alcançada - antes de combinar os dados de cada varredura usando um algoritmo de computador. A desvantagem desta técnica é que a radiação repetida do feixe de elétrons pode danificar progressivamente a amostra.

p Usando um microscópio eletrônico de transmissão de varredura na Fundição Molecular do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, Miao e seus colegas analisaram um pequeno pedaço de tungstênio, um elemento usado em lâmpadas incandescentes. Como a amostra foi inclinada 62 vezes, os pesquisadores foram capazes de montar lentamente um modelo 3-D de 3, 769 átomos na ponta da amostra de tungstênio.

p O experimento foi demorado porque os pesquisadores tiveram que esperar vários minutos após cada inclinação para que a configuração se estabilizasse.

p "Nossas medições são tão precisas, e quaisquer vibrações - como uma pessoa passando - podem afetar o que medimos, "disse Peter Ercius, cientista do Lawrence Berkeley National Laboratory e autor do artigo.

p Os pesquisadores compararam as imagens da primeira e da última varredura para verificar se o tungstênio não foi danificado pela radiação, graças à energia do feixe de elétrons sendo mantida abaixo do limite de dano de radiação do tungstênio.

p Miao e sua equipe mostraram que os átomos na ponta da amostra de tungstênio foram organizados em nove camadas, o sexto dos quais continha um defeito pontual. Os pesquisadores acreditam que o defeito foi um buraco em uma camada de átomos preenchida ou um ou mais átomos entrelaçados de um elemento mais leve, como o carbono.

p Independentemente da natureza do defeito pontual, a capacidade dos pesquisadores de detectar sua presença é significativa, demonstrando pela primeira vez que as coordenadas de átomos individuais e defeitos pontuais podem ser registrados em três dimensões.

p "Fizemos um grande avanço, "Miao disse.

p Miao e sua equipe planejam desenvolver seus resultados estudando como os átomos são organizados em materiais que possuem magnetismo ou funções de armazenamento de energia, que ajudará a informar nossa compreensão das propriedades desses materiais importantes na escala mais fundamental.

p “Acho que este trabalho criará uma mudança de paradigma na forma como os materiais são caracterizados no século 21, "ele disse." Defeitos pontuais influenciam fortemente as propriedades de um material e são discutidos em muitos livros de física e ciências dos materiais. Our results are the first experimental determination of a point defect inside a material in three dimensions."