Criado um sensor quntico para o mundo atmico

Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 20/08/2024

Sensor em nvel atmico

Enquanto a Nasa apresentava seu sensor de eltron nico capaz de medir o campo magntico de um planeta inteiro, uma equipe da Alemanha e da Coreia do Sul desenvolveu um sensor capaz de detectar campos magnticos minsculos na escala de comprimento atmico.

Aqui a estrela no apenas a miniaturizao do prprio sensor, mas tambm de sua capacidade indita de medir variaes magnticas que hoje escapam aos melhores instrumentos disponveis.

E isto permitir realizar um sonho antigo dos cientistas: Criar uma ferramenta semelhante ressonncia magntica, s que para os chamados “materiais qunticos”, aqueles cujas propriedades so determinadas pelos princpios da mecnica quntica, a rea da fsica que descreve o mundo nas escalas atmica e subatmica, onde as leis da fsica clssica, que descrevem o mundo macroscpico, perdem o poder explicativo.

O dimetro de um tomo um milho de vezes menor do que o mais grosso fio de cabelo humano, o que torna extremamente desafiador detectar e medir com preciso quantidades fsicas como campos eltricos e magnticos emergindo dos tomos individuais. Para sentir esses campos fracos de um nico tomo, a ferramenta de observao deve ser altamente sensvel e to pequena quanto os prprios tomos.

Um sensor quntico uma tecnologia que usa fenmenos mecnicos qunticos – como o spin de um eltron ou o entrelaamento entre partculas – para fazer medies muito precisas. Vrios tipos de sensores qunticos foram desenvolvidos nos ltimos anos, muitos deles capazes de detectar campos eltricos e magnticos bem fracos, mas o consenso na rea era que a resoluo espacial em escala atmica no poderia ser dominada simultaneamente.

Taner Esat e colegas do Instituto de Cincias Bsicas, na Coreia do Sul, e do Centro de Pesquisa Jlich, na Alemanha, mostraram agora que essa crena era infundada.

Imagem da superfcie de uma amostra de prata, resolvida atomicamente, obtida com o sensor quntico.
[Imagem: Taner Esat et al. – 10.1038/s41565-024-01724-z]

Sensor molecular

O sucesso na construo do novo sensor magntico em escala atmica se fundamentou no uso de uma nica molcula.

Isto representa um modo conceitualmente diferente de deteco, j que a funo da maioria dos outros sensores depende de um defeito – uma imperfeio – da rede cristalina de um material. J que tais defeitos ganham suas propriedades interessantes somente quando esto profundamente embutidos no material, o defeito capaz de detectar campos eltricos e magnticos sempre permanecer a uma distncia bastante grande do objeto, impedindo-o de ver objetos reais na escala de tomos individuais.

A equipe ento mudou a abordagem e desenvolveu uma ferramenta que usa uma nica molcula fixada na ponta de um microscpio de varredura por tunelamento, uma ponta que j quase to fina quanto um nico tomo, e aproxima-se dos materiais para detectar o relevo de sua estrutura cristalina com preciso atmica. Assim, a molcula capaz detectar as propriedades eltricas e magnticas dos tomos pode ser trazida muito prxima do objeto real – o tomo de interesse.

“Este sensor quntico um divisor de guas porque ele fornece imagens de materiais to ricas quanto uma ressonncia magntica e, ao mesmo tempo, define um novo padro para a resoluo espacial dos sensores qunticos. Isso nos permitir explorar e entender materiais em seu nvel mais fundamental,” disse Esat, responsvel pela concepo da molcula sensora.

O sensor molecular opera em conjunto com um microscpio eletrnico de tunelamento.
[Imagem: Taner Esat et al. – 10.1038/s41565-024-01724-z]

Resoluo de 0,1 ngstrom

O sensor tem uma resoluo de energia que permite detectar mudanas em campos magnticos e eltricos com uma resoluo espacial da ordem de um dcimo de um ngstrom, onde 1 ngstrom corresponde tipicamente a um dimetro atmico. Alm disso, o sensor pode ser construdo e implementado em laboratrios existentes em todo o mundo.

E o sensor quntico inovador j est pronto para ser usado na engenharia de materiais e dispositivos qunticos, no projeto de novos catalisadores e na explorao do comportamento quntico fundamental de sistemas moleculares, como na bioqumica.

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