Nanotecnologia

Microscópio 4-D revoluciona a forma como vemos o mundo nano

Acostumados com o cinema e a televisão, poucos se dão conta da revolução que representou a sua criação, quando, pela primeira vez, as pessoas puderam ver o passado gravado para sempre em um rolo de filme.
Agora, em um feito similar, cientistas do Instituto Tecnológica da Califórnia criaram um microscópio 4-D, capaz de capturar as três dimensões espaciais mais o tempo - uma descrição pomposa para um filme em escala atômica.

Filmando átomos e moléculas

Apesar dos contínuos avanços na microscopia, esta é a primeira vez que se consegue a gravação de um filme em tempo real, no espaço real, das fugazes alterações na estrutura e na forma da matéria em uma escala de bilionésimos de metro.
A nova técnica, batizada de microscopia eletrônica 4-D, foi desenvolvida pela equipe do professor Ahmed Zewail, ganhador do Prêmio Nobel de Química em 1999 pelo uso de pulsos de laser ultra-curtos para a observação de reações químicas fundamentais, como os átomos se unindo em moléculas e depois se dividindo novamente em átomos. Um fenômeno como este ocorre em uma escala de um femtosegundo, o equivalente a um milionésimo de bilionésimo de segundo.

A dimensão do espaço

As imagens das moléculas em movimento "nos dão a dimensão do tempo, mas o que nós não tínhamos era a dimensão do espaço, a estrutura. Meu sonho desde 1999 era descobrir uma forma de olhar não apenas no tempo mas também no domínio espacial, para ver a arquitetura de um sistema complexo em escala atômica, à medida que ele muda ao longo do tempo, seja da matéria física ou biológica," diz Zewail.
Os microscópios eletrônicos são a melhor ferramenta atualmente para se observar a matéria em escala molecular e atômica, mas eles não são capazes de capturar o comportamento dos átomos simultaneamente no espaço e no tempo.

Controlando elétrons individuais

O que a equipe do professor Zewail fez foi controlar com precisão, no tempo e no espaço, a trajetória de cada elétron emitido pelo microscópio eletrônico. Com isto eles criaram um "imageamento de elétron único" ultra-rápido, introduzindo a quarta dimensão - a espacial - na microscopia eletrônica.
A imagem resultante produzida por cada elétron representa uma fotografia de um femtosegundo num dado momento no tempo. Da mesma forma que os quadros em um filme, as imagens geradas seqüencialmente podem ser montadas em um filme digital mostrando o que acontece em escala atômica.
"Com esta técnica de imageamento 4-D, os movimentos em escala atômica que levam aos fenômenos estruturais, morfológicos e nanomecânicos agora podem ser visualizados diretamente e, quiçá, compreendidos," diz Zewail.