p Um microscópio eletrônico não pode simplesmente tirar uma foto como uma câmera de celular. A capacidade de um microscópio eletrônico de criar imagens de uma estrutura - e o sucesso dessa imagem - depende de quão bem você entende a estrutura. Cálculos físicos complexos são freqüentemente necessários para fazer pleno uso do potencial da microscopia eletrônica. Uma equipe de pesquisa internacional liderada pelo Prof. Peter Schattschneider da TU Wien começou a analisar as oportunidades oferecidas pela EFTEM, isto é, microscopia eletrônica de transmissão filtrada por energia. A equipe demonstrou numericamente que, sob certas condições, é possível obter imagens claras do orbital de cada elétron individual dentro de um átomo. A microscopia eletrônica pode, portanto, ser usada para penetrar no nível subatômico - experimentos nesta área já estão planejados. O estudo já foi publicado na revista física Cartas de revisão física . p Em busca do orbital do elétron

p Freqüentemente pensamos nos elétrons atômicos como pequenas esferas que circundam o núcleo do átomo como minúsculos planetas ao redor do sol. Esta imagem quase não é refletida na realidade, Contudo. As leis da física quântica afirmam que a posição de um elétron não pode ser claramente definida em um determinado momento. O elétron é efetivamente espalhado por uma área próxima ao núcleo. A área que pode conter o elétron é chamada de orbital. Embora já seja possível calcular a forma desses orbitais há muito tempo, esforços para obtê-los com microscópios eletrônicos não tiveram sucesso até o momento.

p "Calculamos como poderíamos ter uma chance de visualizar orbitais com um microscópio eletrônico", afirma Stefan Löffler, do Centro de Serviços Universitários para Microscopia Eletrônica de Transmissão (USTEM) da TU Wien. "Grafeno, que é feito de apenas uma única camada de átomos de carbono, é um excelente candidato para essa tarefa. O raio de elétrons é capaz de passar facilmente pelo grafeno com quase nenhum espalhamento elástico. Uma imagem da estrutura do grafeno pode ser criada com esses elétrons. "

p Os pesquisadores já conhecem o princípio da "microscopia eletrônica de transmissão com filtragem de energia" (EFTEM) há algum tempo. EFTEM pode ser usado para criar visualizações bastante específicas de certos tipos de átomos enquanto bloqueia os outros. Por esta razão, é freqüentemente usado hoje para analisar a composição química de amostras microscópicas. "Os elétrons disparados através da amostra podem excitar os átomos da amostra", explica Stefan Löffler. "Isso custa energia, então, quando os elétrons emergentes emergem da amostra, eles são mais lentos do que quando entraram. Esta mudança de velocidade e energia é característica de certas excitações de orbitais de elétrons dentro da amostra. "

p Depois que os elétrons passaram pela amostra, um campo magnético classifica os elétrons por energia. "Um filtro é usado para bloquear os elétrons que não são de seu interesse:a imagem gravada contém apenas os elétrons que carregam as informações desejadas."

p Defeitos podem ser úteis

p A equipe usou simulações para investigar como essa técnica poderia ajudar a alcançar um ponto de inflexão no estudo dos orbitais de elétrons. Enquanto faz isso, eles descobriram algo que realmente facilitou a imagem de orbitais individuais:"A simetria do grafeno tem que ser quebrada", disse Stefan. "Se, por exemplo, há um buraco na estrutura do grafeno, os átomos ao lado deste buraco têm uma estrutura eletrônica ligeiramente diferente, tornando possível a imagem dos orbitais desses átomos. A mesma coisa pode acontecer se um átomo de nitrogênio, em vez de um átomo de carbono, for encontrado em algum lugar do grafeno. Ao fazer isso, é importante focar nos elétrons encontrados dentro de uma janela de energia estreita e precisa, minimizar certas aberrações das lentes eletromagnéticas e, Por último mas não menos importante, usar um microscópio eletrônico de primeira linha. "Todos esses problemas podem ser superados, Contudo, como mostram os cálculos do grupo de pesquisa.

p A Humboldt-Universität zu Berlin, a Universität Ulm, e a McMaster University no Canadá também trabalharam ao lado da TU Wien no estudo de um projeto conjunto FWF-DFG ("Rumo ao mapeamento orbital", I543-N20) e um projeto FWF Erwin-Schrödinger ("EELS nas interfaces", J3732-N27). Ulm está atualmente desenvolvendo um novo, microscópio eletrônico de transmissão de alto desempenho que será usado para colocar essas idéias em prática em um futuro próximo. Os resultados iniciais já superaram as expectativas.