Microscópio de raios-X permite ver elementos químicos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/07/2005

Enxergar. Esse é um dos maiores desafios dos cientistas que estão desvendando os domínios da nanotecnologia. O desafio não é pequeno quando os materiais examinados medem apenas um bilionésimo de metro, muito menor do que é possível de se enxergar com os microscópios ópticos.

E não se trata apenas de examinar superfícies de materiais, mas também, muitas vezes, de enxergar o interior das estruturas ou até mesmo de organismos vivos, procurando desvendar de que material eles são feitos, quais são suas propriedades eletrônicas, magnéticas e ópticas e quais os processos químicos que estão ocorrendo.

Nestas tarefas, os microscópios de raios-X desempenham um papel muito importante, complementando o trabalho dos microscópios eletrônicos. Na verdade, eles oferecem várias vantagens adicionais, principalmente quando se trata de medir variações internas de formato, organização, magnetismo, polarização ou composição química em distâncias de poucos nanômetros (um nanômetro é igual a um bilionésimo de metro).

Agora, cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, Estados Unidos, desenvolveram um novo método que permite a criação de componentes ópticos com precisão em nanoescala. Os novos componentes permitiram que os pesquisadores aumentassem a resolução do seu microscópio de raios-X, o XM-1, para incríveis 15 nanômetros. O trabalho foi descrito em um artigo na revista Nature, publicado no último dia 30 de Junho.

A precisão atingida pelo microscópio de raios-X leves é tão grande que já está permitindo aos cientistas não apenas enxergar as estruturas nanoscópicas, mas também identificar seus elementos químicos e medir suas propriedades eletromagnéticas.

Como os raios-X não podem ser focalizados por lentes de vidro, o microscópio de raios-X utiliza lentes feitas por placas circundantes, discos metálicos de anéis concêntricos por meio dos quais os raios-X são difratados para um ponto focal. Uma objetiva, chamada "micro" placa circundante (MZP: "micro zone plate"), projeta uma imagem de toda a amostra - seja ela uma bactéria congelada ou uma camada de uma liga metálica - em uma câmera digital. Quanto menor o intervalo entre os anéis da objetiva MZP, mais preciso será o foco e maior será a resolução da imagem.

"Nossa técnica permite a fabricação de estruturas tridimensionais incrivelmente pequenas," explica Weilun Chao, um dos membros da equipe, referindo-se à capacidade que eles adquiriram para produzir "lentes" mais precisas.

Para produzir sua "lente", os cientistas tiveram que construir uma nova ferramenta, que eles batizaram de Nanowriter. Nela, um feixe de elétrons, medindo apenas 7 nanômetros de diâmetro, escava padrões pré-programados em uma pastilha de silício recoberta com uma proteção. Os padrões circulares criados na proteção são então substituídos por ouro, para formar um objeto que, quando ampliado, lembra um antigo disco de vinil - só que com as trilhas de ouro e medindo apenas 30 micra de diâmetro.

Com a nova técnica, as zonas das lentes são espaçadas entre si em aproximadamente 15 nanômetros (30 nanômetros entre os centros de cada "barreira" de ouro). Os cientistas esperam conseguir aprimorar ainda mais sua técnica, chegando a construir zonas sem nenhuma interrupção e ainda mais próximas umas das outras. O próprio Nanowriter é teoricamente capaz de chegar aos 2 nanômetros de precisão.

Com o novo dispositivo, o microscópio de raios-X foi finalmente capaz de captar uma imagem precisa de sua placa de testes, um padrão de camadas de cromo e silício de apenas 15 nanômetros de largura. Nesta foto, do lado esquerdo vê-se a "imagem" gerada pelo microscópio, antes da descoberta agora descrita. À direita, a foto do mesmo padrão, agora visto com precisão.

"A nanociência e a nanotecnologia estão em toda parte ao nosso redor - a biologia e a química são nanociências por natureza - mas nós precisamos de melhores ferramentas analíticas para enxergar o que estamos procurando," explica o Dr. David Attwood, outro pesquisador da equipe. "Microscópio eletrônico, microscópios de tunelamento, microscópios de força-atômica - todos eles são bons, mas eles não conseguem nos dar uma identificação de elementos químicos e compostos. A grande vantagem dos fótons é que há muitas diferenças específicas na sua interação com os átomos: você pode dizer quando você está olhando para [uma amostra de] ferro ou quando você está olhando para o cobalto."

Como exigem fontes de fótons extremamente brilhantes, os microscópios de raios-X são ainda muito raros, sendo encontrados apenas junto de fontes de luz síncrotron.

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