Sintescópio: Dispositivo desenvolvido para escrever utilizando átomos

Uma nova tecnologia que permite posicionar átomos individuais com precisão contínua abre portas para a criação de materiais inovadores com propriedades únicas, além de componentes para computação quântica e uma série de outras possibilidades impossíveis de serem alcançadas com as técnicas atuais.

Essa técnica pode ser descrita como “escrever com átomos”, onde os átomos desempenham o papel de tinta. Para garantir essa precisão, a tecnologia utilizada foi baseada nos microscópios eletrônicos de tunelamento, que possuem pontas ultrafinas capazes de mapear a estrutura atômica dos materiais.

Para obter um controle ainda maior sobre os átomos, os pesquisadores desenvolveram uma ferramenta chamada “sintescópio”, que combina síntese com microscopia. Na prática, um microscópio eletrônico de transmissão de varredura (STEM) foi adaptado para funcionar como uma plataforma de manipulação de materiais na escala atômica.

O sintescópio eleva a fabricação de materiais ao nível dos blocos de construção atômicos, permitindo a colocação precisa de diferentes átomos em locais específicos. Esses átomos podem ser escolhidos estrategicamente para conferir novas propriedades aos materiais.

Escrevendo com átomos

Microscópios eletrônicos de varredura utilizam feixes de elétrons para mapear a estrutura cristalina de materiais em escala atômica. No entanto, esses feixes são frequentemente fortes o suficiente para causar danos à amostra.

A equipe de cientistas aproveitou exatamente esse “defeito” e ajustou o feixe de elétrons para, intencionalmente, criar “buracos” na estrutura atômica do material. Esses buracos, então, podem ser preenchidos com qualquer átomo desejado. Ao danificar propositalmente o material, eles conseguem criar novos materiais com propriedades diferentes.

A capacidade de modificar materiais átomo por átomo pode ser aplicada em diversas áreas tecnológicas, como a ciência da informação quântica, microeletrônica, catálise, e na compreensão profunda dos processos de síntese de materiais.

“Não estamos apenas movendo átomos. Demonstramos que podemos adicionar uma variedade de átomos a um material, que não estavam lá antes, e colocá-los onde queremos. Hoje, não existe outra tecnologia que permita posicionar elementos diferentes com precisão e garantir a ligação e estrutura corretas. Com essa tecnologia, podemos construir estruturas a partir do átomo, projetadas para suas propriedades eletrônicas, ópticas, químicas ou estruturais”, explicou Stephen Jesse, do Laboratório Nacional Oak Ridge, nos EUA.

Outro grande avanço proporcionado pelo sintescópio é que trabalhar em escala atômica significa operar na escala onde as propriedades quânticas se manifestam. “Nosso objetivo é usar esse acesso aprimorado ao comportamento quântico como base para futuros dispositivos que dependam de fenômenos exclusivamente quânticos, como o entrelaçamento, para melhorar computadores, criar comunicações mais seguras e aumentar a sensibilidade de sensores”, acrescentou Jesse.

Teste do sintescópio

Os pesquisadores demonstraram a nova técnica de nanofabricação movendo o feixe de elétrons sobre uma rede de grafeno, criando minúsculos buracos, que foram preenchidos com átomos de estanho.

O processo ocorreu de maneira contínua, como uma escrita direta, substituindo cada átomo de carbono removido por um átomo de estanho, de forma precisa e nos mesmos locais exatos.

“Estamos confiantes de que a síntese em escala atômica pode se tornar rotineira usando métodos relativamente simples. Quando integrada ao controle automatizado de feixes e à análise com inteligência artificial, o conceito de sintescópio abre uma nova janela para os processos de síntese atômica, oferecendo uma abordagem única para a fabricação nessa escala,” afirmou Stephen Jesse.

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