p O controle do fluxo de elétrons dentro dos circuitos é obtido por meio da escolha adequada dos materiais. Os metais permitem que os elétrons fluam livremente e os isoladores evitam a condução. Em geral, as propriedades elétricas de um material são determinadas quando o material é fabricado e não podem ser alteradas posteriormente sem alterar o material. Contudo, existem materiais que podem apresentar comportamento metálico ou isolante dependendo de sua temperatura. Poder mudar suas propriedades, esses materiais podem levar a uma nova geração de dispositivos eletrônicos. p O dióxido de vanádio (VO2) é um desses materiais. Ele pode mudar de uma fase isolante para uma fase metálica logo acima da temperatura ambiente, um recurso já explorado para sensores. Contudo, a razão pela qual suas propriedades mudam tão dramaticamente tem sido uma questão de debate científico por mais de 50 anos.

p Um dos desafios para entender por que e como essa mudança ocorre é um processo chamado separação de fases. A transição de fase isolante-metal é semelhante à transição gelo-líquido na água. Quando o gelo derrete, tanto a água líquida quanto a sólida podem coexistir em regiões separadas. De forma similar, em VO2, regiões isolantes e metálicas do material podem coexistir durante a transição. Mas ao contrário da água, em que as duas fases são frequentemente grandes o suficiente para serem vistas a olho nu, em VO2, esta separação ocorre em nanoescala, e, portanto, é um desafio observar. Como resultado, tem sido difícil determinar se as verdadeiras propriedades de cada fase, ou uma mistura de ambas as fases, estão sendo medidos.

p Os raios X são uma ferramenta fundamental para compreender as propriedades dos materiais, mas é difícil construir lentes para microscópios que possam detectá-los. Contudo, em um estudo recente publicado em Nano Letras , uma equipe de pesquisadores do ICFO e ALBA em Barcelona, o Technisch Universitat e o Instituto Max-Born em Berlim, e a Vanderbilt University no Tennessee, finalmente foi capaz de sondar as transições de fase que ocorrem em filmes finos de VO2 usando holografia de raios-X ressonante suave. Essa técnica é capaz de gerar imagens das mudanças eletrônicas e estruturais desse material com uma resolução sem precedentes em nanoescala, sem a necessidade de lentes.

p Ao olhar para o material com resolução de 50 nm, os cientistas puderam observar que defeitos no material desempenham um papel importante no início da transição de fase do isolador para o metal. Contudo, mais importante, os autores também observaram um terceiro estado intermediário formado durante a transformação de fase. Embora algumas regiões tenham se transformado diretamente da fase isolante para a fase metálica, outros se transformaram em um segundo, estado de isolamento diferente antes de se tornar metálico em altas temperaturas com o caminho exato tomado dependendo dos defeitos presentes no material. A coexistência de três fases mudou radicalmente as visões de estudos anteriores que assumiam a presença de apenas dois estados durante a transição. Ainda mais, o estudo apresenta novas maneiras de controlar a transição.

p Além dos resultados obtidos na transição de fase em VO2, o trabalho também destaca as possibilidades que a holografia de raios X oferece para o estudo de materiais em nanoescala. A técnica é o único método que pode gerar imagens de dinâmica em nanoescala em tempo real e agora está sendo usada para estudar as propriedades de outros materiais intrigantes, como supercondutores de alta temperatura.