Microscópios eletrônicos passam a enxergar em cores

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/12/2012

O campanário, esculpido em uma fibra óptica, concentra a luz de campo próximo, baseada em oscilações conjuntas de elétrons, obtendo informações sobre cada átomo em particular.
[Imagem: Bao et al./Science]

Nanociência em cores

Se a nanociência fosse comparada à televisão, estaríamos nos anos 1950, vendo tudo em preto e branco.

Embora já seja possível manipular objetos em nanoescala com grande precisão, usando principalmente ferramentas de luz - as pinças ópticas - na hora de ver os objetos tudo aparece em tons de cinza.

Isto significa que as imagens mostram átomos, mas, sem cores, não dá para saber que átomo são aqueles.

Mas isto acaba de mudar com uma nova técnica de microscopia - ou de nanoscopia - inventada por físicos e engenheiros dos Laboratórios Berkeley, nos Estados Unidos.

Microscópio e espectroscópio

Wei Bao e seus colegas desenvolveram uma técnica que consegue capturar informações sobre a química em nanoescala e a interação dos elementos com a luz - o equivalente das cores em uma dimensão muito menor do que o comprimento de onda da luz que nossos olhos conseguem enxergar.

Embora as primeiras imagens ainda estejam com um aspecto desfocado, elas já revelam detalhes químicos sobre o material com uma resolução que se julgava impossível de obter.

A equipe desenvolveu a ferramenta para estudar a conversão de energia em uma célula solar em seu nível mais fundamental, mas ela promete revelar as cores em todas as áreas da nanociência e da nanotecnologia.

"Nós descobrimos uma forma de combinar as vantagens dos microscópios [eletrônicos] de rastreamento e sondagem com as vantagens da espectroscopia óptica," resumiu Alex Weber-Bargioni, coordenador da equipe.

"Agora nós temos um meio para realmente enxergar os processos químicos e ópticos em nanoescala exatamente onde eles estão acontecendo," completou.

Luz de campo próximo

Os microscópios eletrônicos dão informações com resolução espacial subatômica, mas não revelam nada sobre os elementos químicos ou sobre as moléculas que compõem o material.

Para permitir enxergar traços menores do que o comprimento de onda da luz, os cientistas usaram a chamada "luz de campo próximo", baseada em oscilações conjuntas de elétrons, os plásmons de superfície.

A luz de campo próximo decai exponencialmente conforme se afasta do objeto, o que a torna difícil de detectar. Em compensação, ela contém informações de altíssima resolução, muito superior à que se pode obter com a luz normal, de "campo distante".

Usando os plásmons de superfície, os cientistas conseguiram amplificar a luz, gerando um sinal que é mais fácil de detectar.

A imagem em preto e branco (esquerda) e a imagem a cores (centro) de nanofios de fosfeto de índio. À direita, para comparação, a imagem que se podia obter até agora usando micrografia confocal, sem nenhum detalhe.
[Imagem: LBL]

Campanário

Como construir um sensor de cores com resolução atômica, Bao esculpiu a extremidade de uma fibra óptica, fabricando um componente que ele batizou de campanário, devido à sua semelhança com a torre de uma igreja.

Em um microscópio de força atômica (AFM), uma ponta finíssima é passada sobre a amostra, gerando um mapa topológico do material com resolução atômica - mas apenas informações espaciais, sem nenhuma cor que possa dar informações sobre quais átomos são aqueles.

Substituindo a ponta do microscópio AFM por seu campanário, que concentra os plásmons de superfície, eles passaram imediatamente das imagens em tons de cinza para imagens coloridas.

A resolução espacial foi preservada, mas agora acrescida de informações ópticas independentes para cada pixel da imagem.

Observando essas cores, os cientistas conseguem identificar átomos e moléculas, sejam dopantes ou contaminantes, obtendo assim informações detalhadas sobre as propriedades físico-químicas do material.

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