Cientistas manipulam átomos no interior de um metal

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/12/2005

Os leitores assíduos do Inovação Tecnológica já se acostumaram com a manipulação de átomos individuais. Desde que cientistas da IBM escreveram o nome da empresa com átomos de xenônio, em 1989, utilizando um microscópio de tunelamento, vários outros grupos de pesquisa refizeram os experimentos e conseguiram avanços.

Apenas para citar alguns desses avanços, em 2003, cientistas japoneses conseguiram movimentar átomos utilizando um microscópio de força atômica. Em 2004, outra vez cientistas da IBM, anunciaram a detecção de um único elétron utilizando um microscópio de ressonância magnética. Dois meses depois, eles conseguiram inverter o magnetismo de um átomo individual.

Agora, cientistas da Universidade da Pensilvânia, Estados Unidos, liderados pelo Dr. Paul S. Weiss, conseguiram pela primeira vez manipular átomos de hidrogênio - formando hidretos - no interior de um cristal de paládio, criando uma estrutura estável que deverá ser importante no desenvolvimento de novos catalisadores metálicos, no armazenamento de hidrogênio e em células a combustível.

Observações dos efeitos desses hidretos - átomos de hidrogênio com uma carga negativa parcial - de subsuperfície, confirmaram a existência dos pontos de estabilidade, que já haviam sido previsto teoricamente, mas nunca haviam sido montados nem observados diretamente.

Após mover átomos de hidrogênio absorvidos para logo debaixo da superfície do cristal, os pesquisadores conseguiram observar como a presença do hidreto em pontos específicos no interior de um cristal metálico afeta as propriedades químicas, físicas e eletrônicos do metal.

Entender esses efeitos poderá representar um avanço na melhoria de reações químicas envolvendo catalisadores metálicos, como aqueles utilizados nos escapamentos dos carros. Além disso, o hidreto de subsuperfície poderá servir como um material modelo para o armazenamento sólido de hidrogênio. A capacidade de preparar hidretos de subsuperfície oferece uma ferramenta importante no desenvolvimento de materiais para aplicações como essa.

Para realizar seu experimento, os cientistas tiveram que desenvolver um tipo especial de microscópio de tunelamento, ultra-estável e operando em baixa temperatura. Para demonstrar o feito, eles escreveram as iniciais da Universidade (PSU) no interior do cristal de paládio. As letras medem menos de 500 Ângstroms, ou 50 nanômetros.

O cristal de paládio foi inicialmente colocado em uma atmosfera de hidrogênio. O excesso de hidrogênio foi retirado da superfície do cristal por meio de diversos ciclos de exposição ao calor e oxigênio. Depois que a superfície foi limpa, os pesquisadores utilizaram elétrons da ponta do microscópio de tunelamento para mover átomos de hidrogênio que haviam sido absorvidos no interior do metal, levando-os a pontos estáveis.

À medida em que os hidretos se formavam sob a superfície do material, os cientistas observaram que a superfície do cristal se distorcia, com aumento das cargas dos átomos de paládio acima dos hidretos, além da ocorrência de interações com átomos de hidrogênio ainda sobre a superfície. "Um dos aspectos mais interessantes da pesquisa foi a capacidade de mover átomos abaixo da superfície," diz Weiss. "A observação dos efeitos dos locais [onde foram criados os hidretos], como a distorção da superfície, confirmou a existência dos locais estáveis e as previsões teóricas das propriedades físicas e elétricas dos hidretos."

A pesquisa será publicada no exemplar de 13 de Dezembro do periódico Proceedings of the National Academy of Science.