Os pesquisadores usaram uma técnica semelhante à ressonância magnética para acompanhar o movimento de átomos individuais em tempo real enquanto eles se agrupam para formar materiais bidimensionais, que têm uma única camada atômica de espessura.

Os resultados, relatado no jornal Cartas de revisão física , poderia ser usado para projetar novos tipos de materiais e dispositivos de tecnologia quântica. Os pesquisadores, da Universidade de Cambridge, capturou o movimento dos átomos em velocidades que são oito ordens de magnitude mais rápidas para microscópios convencionais.

Materiais bidimensionais, como o grafeno, têm o potencial de melhorar o desempenho de dispositivos novos e existentes, devido às suas propriedades únicas, como excelente condutividade e resistência. Os materiais bidimensionais têm uma ampla gama de aplicações potenciais, de bio-sensoriamento e entrega de drogas para informação quântica e computação quântica. Contudo, para que os materiais bidimensionais atinjam todo o seu potencial, suas propriedades precisam ser ajustadas por meio de um processo de crescimento controlado.

Esses materiais normalmente se formam à medida que os átomos 'saltam' sobre um substrato de suporte até que se liguem a um aglomerado em crescimento. Ser capaz de monitorar esse processo dá aos cientistas um controle muito maior sobre os materiais acabados. Contudo, para a maioria dos materiais, este processo acontece tão rapidamente e em temperaturas tão altas que só pode ser seguido usando instantâneos de uma superfície congelada, capturando um único momento em vez de todo o processo.

Agora, pesquisadores da Universidade de Cambridge acompanharam todo o processo em tempo real, a temperaturas comparáveis ​​às usadas na indústria.

Os pesquisadores usaram uma técnica conhecida como 'hélio spin-eco', que foi desenvolvido em Cambridge nos últimos 15 anos. A técnica tem semelhanças com a ressonância magnética (MRI), mas usa um feixe de átomos de hélio para "iluminar" uma superfície alvo, semelhantes às fontes de luz em microscópios cotidianos.

"Usando esta técnica, podemos fazer experimentos do tipo ressonância magnética em tempo real, à medida que os átomos se espalham, "disse o Dr. Nadav Avidor do Laboratório Cavendish de Cambridge, o autor sênior do artigo. "Se você pensar em uma fonte de luz que ilumina fótons em uma amostra, conforme esses fótons voltam ao seu olho, você pode ver o que acontece na amostra. "

Em vez de fótons, no entanto, Avidor e seus colegas usam átomos de hélio para observar o que acontece na superfície da amostra. A interação do hélio com átomos na superfície permite inferir o movimento das espécies da superfície.

Usando uma amostra de teste de átomos de oxigênio se movendo na superfície do metal rutênio, os pesquisadores registraram a quebra espontânea e a formação de aglomerados de oxigênio, apenas alguns átomos de tamanho, e os átomos que se difundem rapidamente entre os aglomerados.

"Esta técnica não é nova, mas nunca foi usado desta forma, para medir o crescimento de um material bidimensional, "disse Avidor." Se você olhar para trás na história da espectroscopia, sondas baseadas em luz revolucionaram a forma como vemos o mundo, e a próxima etapa - sondas baseadas em elétrons - nos permitiu ver ainda mais.

"Agora estamos dando um passo além disso, para sondas baseadas em átomos, permitindo-nos observar fenômenos em escala mais atômica. Além de sua utilidade no projeto e fabricação de materiais e dispositivos futuros, Estou animado para descobrir o que mais poderemos ver. "