p Como você conhece um material que não consegue ver? p Essa é uma questão que os pesquisadores que estudam nanomateriais - objetos com características em escalas submicrométricas, como pontos quânticos, nanopartículas e nanotubos - estão procurando uma resposta.

p Embora descobertas recentes - incluindo uma microscopia de super-resolução que ganhou o Prêmio Nobel em 2014 - tenham aumentado muito a capacidade dos cientistas de usar a luz para aprender sobre esses objetos de pequena escala, o comprimento de onda da radiação de inspeção é sempre muito maior do que a escala dos nanoobjetos sendo estudados. Por exemplo, nanotubos e nanofios - os blocos de construção dos dispositivos eletrônicos da próxima geração - têm diâmetros centenas de vezes menores do que a luz poderia resolver. Os pesquisadores devem encontrar maneiras de contornar essa limitação física a fim de obter resolução espacial de subcomprimento de onda e explorar a natureza desses materiais para computadores futuros.

p Hoje, um grupo de cientistas - John A. Rogers, Eric Seabron, Scott MacLaren e Xu Xie, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign; Slava V. Rotkin da Lehigh University; e, William L. Wilson, da Universidade de Harvard, está relatando a descoberta de um método importante para medir as propriedades de materiais nanotubos usando uma sonda de micro-ondas. Suas descobertas foram publicadas em ACS Nano em um artigo chamado:"Scanning Probe Microwave Reflectivity of Aligned Single-Walled Carbon Nanotubes:Imaging of Electronic Structure and Quantum Behavior at the Nanoscale."

p Os pesquisadores estudaram nanotubos de carbono de parede única. Estes são unidimensionais, nanomateriais semelhantes a fios com propriedades eletrônicas que os tornam excelentes candidatos para tecnologias eletrônicas de próxima geração. Na verdade, o primeiro protótipo de um computador nanotubo já foi construído por pesquisadores da Universidade de Stanford. O IBM T.J. O Watson Research Center está atualmente desenvolvendo transistores de nanotubos para uso comercial.

p Para este estudo, cientistas desenvolveram uma série de linhas paralelas de nanotubos, semelhante à forma como os nanotubos serão usados ​​em chips de computador. Cada nanotubo tinha cerca de 1 nanômetro de largura - dez vezes menor do que o esperado para uso na próxima geração de eletrônicos. Para explorar as propriedades do material, eles então usaram microscopia de impedância de microondas (MIM) para obter imagens de nanotubos individuais.

p "Embora a imagem de campo próximo por micro-ondas ofereça uma ferramenta 'não destrutiva' extremamente versátil para caracterizar materiais, não é uma escolha imediatamente óbvia, "explicou Rotkin, um professor com dupla nomeação no Departamento de Física e no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais de Lehigh. "De fato, o comprimento de onda da radiação usada no experimento foi ainda maior do que o que é normalmente usado em microscopia óptica - cerca de 12 polegadas, que é aproximadamente 100, 000, 000 vezes maior do que os nanotubos que medimos. "

p Ele acrescentou:"O nanotubo, nesse caso, é como uma agulha muito brilhante em um palheiro muito grande. "

p O método de imagem que desenvolveram mostra exatamente onde os nanotubos estão no chip de silício. Mais importante, a informação entregue pelo sinal de microondas de nanotubos individuais revelou quais nanotubos eram e não eram capazes de conduzir corrente elétrica. Inesperadamente, eles foram finalmente capazes de medir a capacitância quântica do nanotubo - uma propriedade única de um objeto do nano-mundo - sob essas condições experimentais.

p “Iniciamos nossa colaboração buscando entender as imagens obtidas pela microscopia de microondas e terminamos revelando o comportamento quântico do nanotubo, que agora pode ser medido com resolução atomística, "disse Rotkin.

p Como uma ferramenta de inspeção ou técnica de metrologia, esta abordagem pode ter um tremendo impacto nas tecnologias futuras, permitindo a otimização de estratégias de processamento, incluindo crescimento de nanotubos enriquecido escalonável, purificação pós-crescimento, e fabricação de melhores contatos de dispositivo. Agora podemos distinguir, em uma etapa simples, entre nanotubos semicondutores que são úteis para eletrônicos e metálicos que podem causar falhas em um computador. Além disso, este conjunto de modos de imagem lança luz sobre as propriedades quânticas dessas estruturas 1D.