p Figura 1. Método de medição nanomecânica microscópica (esquerda). Ilustração esquemática da técnica. A rigidez dos nanomateriais, como cadeias atômicas de platina (Pt), pode ser medida usando um ressonador de extensão de comprimento (LER) feito com um cristal de quartzo. A estrutura atômica da cadeia pode ser observada usando um microscópio eletrônico de transmissão (TEM). Descobrimos que a força da ligação atômica nas cadeias monoatômicas de Pt é 25 N / m, que é maior do que o valor em massa (20 N / m). (direita) Imagens experimentais e simuladas de TEM de uma cadeia monoatômica de Pt e evolução no tempo de sua condutância elétrica e rigidez durante o alongamento. A deformação máxima foi de 24% em média.
p Materiais de baixa dimensão, como cadeias monoatômicas 1D, exibem propriedades exóticas que podem encontrar aplicações interessantes. Contudo, ligações de um único átomo e suas características mecânicas são difíceis de estudar. Em um estudo recente, cientistas do JAIST, Japão, mostrar um novo método para simultaneamente criar imagens de cadeias de platina monoatômicas com um microscópio eletrônico de transmissão enquanto mede sua força de ligação e condutância durante o alongamento mecânico. Essa técnica ajudará a responder a muitas perguntas nos campos da nanomecânica e da ciência de superfícies. p Hoje, muitos campos de materiais bem estudados, como eletrônica e catálise, estão perto de atingir seus limites práticos. Para melhorar ainda mais a tecnologia moderna e superar os dispositivos de última geração, pesquisadores em busca de novos materiais funcionais precisam ultrapassar os limites e explorar casos mais extremos. Um exemplo claro disso é o estudo de materiais de baixa dimensão, como camadas monoatômicas (materiais 2D) e cadeias monoatômicas (materiais 1D).
p Foi provado várias vezes que os materiais de baixa dimensão exibem propriedades exóticas que estão ausentes em suas contrapartes 3D em massa. Por exemplo, cadeias monoatômicas de metais como ouro e platina (Pt) podem exibir a contribuição de certos fenômenos quânticos, como ordem magnética ou transporte térmico, de maneiras que podem encontrar aplicações práticas. Contudo, é muito difícil observar experimentalmente o que se passa em cadeias monoatômicas compostas de cinco ou menos átomos, e as propriedades mecânicas das ligações de um único átomo permanecem indefinidas.
p Para resolver este problema, um grupo de pesquisa liderado pelo professor Yoshifumi Oshima do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia do Japão (JAIST), Japão, é pioneira em uma técnica nova e promissora para medir a força de ligações atômicas individuais. Seu último estudo, que foi publicado em
Nano Letras e exibiu sua estratégia, pesquisadores envolvidos do JAIST (Dr. Zhang, Dr. Ishizuka, Prof. Tomitori, Prof. Maezono e Prof. Hongo), bem como o Prof. Arai da Universidade de Kanazawa e o Prof. Tosatti da Escola Internacional de Estudos Avançados (SISSA) e o Centro Internacional Abdus Salam de Física Teórica (ICTP).
p Esta nova técnica, que Oshima chamou de "método de medição nanomecânica microscópica, "combina microscopia eletrônica de transmissão (TEM) com um ressonador de extensão de comprimento de quartzo (LER). TEM é uma técnica de imagem amplamente usada com resolução espacial incrivelmente alta - o suficiente para distinguir átomos individuais - enquanto o LER é um dispositivo que pode oscilar incrivelmente amplitudes pequenas de alguns dez trilionésimos de metro e serve como um sensor de força.
p Os pesquisadores desenvolveram uma configuração experimental em que uma pequena junção Pt foi esticada até seu ponto de ruptura absoluto, isso é, quando as duas peças de Pt foram ligadas por uma cadeia monoatômica de dois a cinco átomos. Alinhando cuidadosamente as peças no TEM, eles observaram a formação e quebra das cadeias monoatômicas de Pt em tempo real. Além disso, usando o quartzo LER, eles mediram a condutância ao longo da corrente e sua rigidez, a partir do qual a resistência das ligações Pt individuais foi calculada com sucesso. "Descobrimos que a força de ligação de 25 N / m nas cadeias monoatômicas de Pt é notavelmente alta, especialmente em comparação com os 20 N / m normalmente encontrados em cristais de Pt a granel, "comenta Zhang." Além disso, essas ligações de átomo único poderiam ser alongadas em cerca de 24% de sua distância regular, em total contraste com os 5% que as ligações entre os átomos de Pt em massa podem ser alongadas, " ele adiciona.
p Os resultados do estudo mostram o potencial desta nova técnica para sondar ligações em cadeia monoatômicas, o que pode levar a uma melhor compreensão das interfaces ou superfícies de materiais de baixa dimensão. "Nosso método pode contribuir muito para o projeto de materiais e catalisadores avançados, bem como lançar luz sobre fenômenos em nanoescala em termos de nanomecânica de superfície ou de interface, "destaca Oshima. Por sua vez, materiais mais sofisticados e uma melhor compreensão de suas propriedades de superfície, sem dúvida, avançarão os campos da eletrônica, química, e nanotecnologia, pavimentando o caminho para designs inovadores e, com sorte, sustentáveis.
p É muito provável que a expressão "pendurado por um fio" em breve tenha um significado mais positivo na ciência dos nanomateriais.
