Em um avanço, os pesquisadores da Tokyo Tech conseguiram observar e caracterizar a montagem dinâmica de átomos metálicos usando uma engenhosa combinação de microscopia eletrônica de transmissão de varredura e rastreamento baseado em vídeo. Ao visualizar moléculas de vida curta, como dímeros e trímeros metálicos, que não podem ser observados pelos métodos tradicionais, os pesquisadores abrem a possibilidade de observar mais dessas estruturas dinâmicas previstas por simulações.
A química é o estudo da formação de ligações (ou dissociação) entre os átomos. O conhecimento de como as ligações químicas se formam é, de fato, fundamental não apenas para toda a química, mas também para campos como a ciência dos materiais. No entanto, a química tradicional tem sido amplamente limitada ao estudo de compostos estáveis. O estudo da montagem dinâmica entre átomos durante uma reação química tem recebido pouca atenção. Com os recentes avanços em química computacional, no entanto, estruturas dinâmicas e de vida curta estão ganhando importância. A observação experimental e a caracterização de ligações dinâmicas previstas entre átomos, como a formação de dímeros metálicos, podem abrir novas fronteiras de pesquisa em química e ciência dos materiais.

No entanto, observar essa dinâmica de vínculo também requer o desenvolvimento de uma nova metodologia. Isso ocorre porque as técnicas convencionais de caracterização fornecem apenas uma informação estrutural média no tempo e são, portanto, inadequadas para observar as ligações à medida que elas são formadas.

Nesse contexto, pesquisadores do Japão liderados pelo professor associado Takane Imaoka, do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech), forneceram uma solução engenhosa. Em seu estudo publicado na Nature Communications , a equipe usou uma combinação de rastreamento de vídeo e uma técnica chamada "microscopia eletrônica de transmissão de varredura de campo escuro anular" (ADF-STEM) para realizar imagens sequenciais de diferentes átomos de metal interagindo uns com os outros. Isso permitiu que eles observassem diretamente estruturas transitórias resultantes de uma montagem de dois átomos semelhantes (dímeros homo-metálicos), dois átomos diferentes (dímeros hetero-metálicos) e três átomos diferentes (trímeros hetero-metálicos).

A equipe começou depositando átomos de átomos de ouro (Ag), prata (Ag) e cobre (Cu) em uma nanoplaca de grafeno usando um método chamado "deposição de arco-plasma". Para garantir que átomos isolados suficientes estivessem disponíveis, a deposição foi limitada a aproximadamente 0,05-0,015 monocamadas e observações de alta ampliação foram realizadas nas regiões planas do substrato de grafeno.

"A identificação elementar dos átomos estava disponível com rastreamento em tempo real dos átomos em movimento, enquanto o ADF-STEM permitiu que os átomos fossem observados sob dose de elétrons. Isso nos ajudou a evitar altas densidades de corrente normalmente necessárias para análise de átomo único, que pode causar danos materiais", explica o Dr. Imaoka.

Além disso, a imagem ADF-STEM mostrou uma precisão de discriminação de átomos extremamente alta, variando de 98,7% para Au–Ag a 99,9% para pares Au–Cu. Outros pares também mostraram níveis semelhantes de discriminação. Além disso, a equipe também conseguiu observar Au–Ag–Cu, um trímero heterometálico de vida extremamente curta.

"Embora nossos instantâneos não concordem perfeitamente com as estruturas previstas pelos cálculos teóricos, os comprimentos médios de ligação entre os elementos nas estruturas observadas estão de acordo com os cálculos", diz o Dr. Imaoka.

As descobertas deste estudo podem levar a desenvolvimentos rápidos na nanociência, onde a caracterização de aglomerados metálicos e subnanopartículas está ganhando importância e, no processo, abre portas para um reino completamente novo da matéria. + Explorar mais

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