p As transições de fase são um fenômeno central nas ciências físicas. Apesar de soar técnico, eles são na verdade algo que todos nós experimentamos na vida cotidiana:gelo derretendo em água líquida, ou água quente evaporando na forma de vapor. Sólido, líquido, e o gás são três "fases" bem conhecidas e, quando um se transforma em outro, essa é uma transição de fase. p Óxidos de níquelato de terras raras, também chamados de níquelados, têm atraído muito interesse de pesquisadores porque exibem uma transição de fase eletrônica, que podem ser explorados em futuros dispositivos eletrônicos. Esta transição de fase específica consiste em passar de um estado metálico que conduz eletricidade para um estado eletricamente isolante conforme a temperatura cai.

p Por trás desse comportamento está uma forte interação entre as propriedades eletrônicas desses compostos e sua estrutura "reticulada" - o arranjo bem ordenado dos átomos que formam um cristal. Contudo, descobrindo a verdadeira natureza deste metal para a transição de fase isolante em níquelatos, e ser capaz de controlá-lo para dispositivos eletrônicos em potencial, requer saber como cada fase característica emerge e evolui durante a transição.

p Agora, cientistas da EPFL e da Universidade de Genebra combinaram duas técnicas de ponta para obter o mapeamento em nanoescala de cada fase eletrônica distinta. Publicado no jornal Nano Letras , o estudo foi conduzido pelo Dr. Duncan Alexander da Escola de Ciências Básicas da EPFL e pelo grupo do Professor Jean-Marc Triscone da Universidade de Genebra.

p O primeiro autor do estudo, Dr. Bernat Mundet, diz:"Para compreender totalmente a física exibida por novos materiais eletrônicos e controlá-los em dispositivos, novas técnicas de caracterização em escala atômica são necessárias. A respeito disso, pudemos, pela primeira vez, determinar com precisão as regiões metálicas e isolantes de dispositivos projetados atomicamente feitos de dois compostos de níquelato com resolução quase atômica. Acreditamos que nossa metodologia ajudará a entender melhor a física dessa importante família de materiais eletrônicos. ”

p Os pesquisadores combinaram microscopia eletrônica de transmissão de varredura com correção de aberração (STEM) com espectroscopia de perda de energia de elétron monocromada (EELS).

p Em STEM, as imagens são formadas pela varredura de um feixe de elétrons, focado em um ponto de cerca de 1 Ångstroms de tamanho, através de um espécime suficientemente fino - neste caso, uma lasca de níquelato - e coletando os elétrons transmitidos e espalhados com o uso de detectores anulares. Embora tecnicamente exigente, esta técnica permite que os pesquisadores visualizem com precisão a estrutura de rede de um cristal, linha atômica por linha atômica.

p Para a segunda técnica, ENGUIAS, aqueles elétrons que passam pelo orifício central do detector anular são, em vez disso, coletados. Alguns desses elétrons já haviam perdido alguma energia devido à interação com os átomos de Ni do cristal de níquel. Ao medir como essa diferença de energia muda, podemos determinar o estado metálico ou isolante do composto de níquelato.

p Uma vez que todos os elétrons são espalhados e coletados simultaneamente, os pesquisadores foram capazes de correlacionar as mudanças de estado eletrônico com as posições de rede associadas nos diferentes compostos de níquelato. Essa abordagem permitiu que eles mapeassem, pela primeira vez, a configuração espacial de suas regiões metálicas ou isolantes, atingindo uma resolução espacial muito alta de cerca de 3,5 Ångstroms (0,35 nanômetros). A técnica será uma ferramenta valiosa para estudar e orientar a engenharia atômica desses novos materiais eletrônicos.

p "Os microscópios eletrônicos mais recentes nos dão uma capacidade incrível de medir uma variedade de propriedades físicas de materiais com resolução espacial atômica ou nanométrica, "diz Duncan Alexander." Aqui, levando os recursos do microscópio Titan Themis da EPFL ao limite, damos um passo empolgante neste domínio, provando que podemos medir as mudanças no estado eletrônico em uma estrutura de película fina feita com precisão de dois níquelados diferentes. Nossa abordagem abre novos caminhos para a investigação da física desses compostos de níquelato, que despertou interesse de pesquisa em todo o mundo. "

p "A combinação de materiais artificiais incríveis que exibem uma transição de metal para isolante e microscopia eletrônica muito avançada permitiu investigações detalhadas sem precedentes de suas propriedades eletrônicas, "acrescenta Jean-Marc Triscone." Em particular, revelou, na escala atômica, se o material é condutor ou isolante - uma questão importante para uma melhor compreensão desses materiais que podem ser usados ​​em futuras abordagens de computação. "