Átomos são visualizados em resolução recorde na ciência
1 mês ago dayllon13
A mecânica quântica revelou muito sobre o mundo das partículas atômicas e subatômicas, mas ainda não é possível ver essas partículas diretamente, mesmo com os mais modernos equipamentos. Contudo, existem técnicas para detectar a oscilação de elétrons e, com isso, é possível saber onde as partículas estão e reconstruí-las em modelos tridimensionais. Os métodos evoluíram na última década e, hoje, uma equipe estabeleceu um novo recorde de resolução na "visualização" de átomos.
Três anos depois de estabelecer o recorde, pesquisadores da Universidade de Cornell, nos Estados Unidos, se superaram e melhoraram a maior resolução de visualização de um átomo. Eles haviam construído, em 2018, um detector de alta potência que estabeleceu o recorde mundial ao triplicar a resolução de um microscópio eletrônico de última geração.
O detector de 2018 funcionou combinado com um processo orientado por algoritmo chamado pticografia. Mesmo assim, havia um problema. Apenas algumas amostras ultrafinas com alguns átomos de espessura funcionaram no detector. Qualquer coisa minimamente mais grossa dispersava os elétrons de modo que não era possível desembaraçar.
Então, a equipe liderada mais uma vez pelo professor David Muller usou um detector de matriz de pixels de microscópio eletrônico (EMPAD). O dispositivo incorpora algoritmos de reconstrução 3D mais sofisticados. Assim, o time superou o próprio recorde e agora tem uma imagem aumentada em 100 milhões de vezes. A resolução ficou tão bem ajustada que só há um borrão, causado pela oscilação térmica dos próprios átomos.
Reconstrução pticográfica dos elétrons de um cristal de PrScO3, aumentado 100 milhões de vezes. Imagem: Cornell/Divulgação
Os pesquisadores destacam não apenas o recorde, mas o fato de chegar perto do que pode ser, efetivamente, o limite final para a resolução. "Basicamente, agora podemos descobrir onde estão os átomos de uma maneira muito fácil. Isso abre um monte de novas possibilidades de medição de coisas que queríamos por muito tempo. Ele também resolve um problema antigo – desfazer a dispersão múltipla do feixe na amostra, que Hans Bethe estabeleceu em 1928 – que nos impedia de fazer isso no passado", disse Muller.
O artigo do grupo tem como autor principal o pesquisador de pós-doutorado Zhen Chen. O trabalho foi publicado na quinta-feira (20), na revista Science, sob o título "Pticografia de elétrons atinge limites de resolução atômica definidos por vibrações reticuladas".
"Estamos buscando padrões de manchas que se parecem muito com os padrões de apontadores laser pelos quais os gatos são igualmente fascinados. Ao ver como o padrão muda, somos capazes de calcular a forma do objeto que causou o padrão", explicou David Muller. O detector é ligeiramente desfocado, borrando o feixe, para capturar uma maior gama de dados.
O método usado pelos cientistas também pode ser aplicado a células ou tecidos biológicos espessos. Embora demorado e exigente do ponto de vista computacional, o modo pode ser mais eficiente com máquinas mais potentes, associado ao aprendizado de máquina e detectores mais rápidos.
"Queremos aplicar isso a tudo o que fazemos. Até agora, todos nós estávamos usando óculos muito ruins. E agora temos realmente um par muito bom. Por que você não iria querer tirar os óculos antigos, colocar os novos e usá-los o tempo todo?", concluiu Muller.
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