Microscópio de tunelamento com varredura (STM)

O Microscópio de tunelamento com varredura (STM) permite obter a resolução da superfície de um sólido em escala atômica e visualizar imagens reais de átomos.

Imagem de microscópio de tunelamento mostrando impurezas de cromo em superfície de ferro
Imagem de microscópio de tunelamento mostrando impurezas de cromo em superfície de ferro
Por Jennifer Rocha Vargas Fogaça
PUBLICIDADE

No texto Como é um átomo?, foi mostrado que não é possível visualizar átomos ou moléculas individuais, nem mesmo usando ultramicroscópios de luz bem avançados. No entanto, no ano de 1981, os cientistas suíços Gerd Binnig e Heinrich Rohrer conseguiram inventar um Microscópio que permitia obter imagens de átomos e moléculas na superfície de um sólido.

Esse equipamento passou a ser chamado de Microscópio de tunelamento com varredura (STM = Scanning Tunneling Microscope). Conforme a figura mais a seguir mostra, o STM é composto de uma fina agulha acoplada a um cristal piezoelétrico (como os existentes em aparelhos de som). Esse cristal possui a capacidade de converter a pressão (piezo) em impulsos elétricos por meio de deslocamentos atômicos em sua estrutura. Assim, é aplicada uma diferença de potencial entre a agulha e o material analisado.

O chamado efeito túnel ou tunelamento é conhecido desde a formulação da mecânica quântica, que prevê um comportamento ondulatório para a matéria e que, consequentemente, uma partícula, como o elétron, pode ser descria em função de onda. Desse modo, a mecânica quântica prevê a possibilidade de o elétron entrar em uma região proibida e tunelar através de uma barreira de potencial que separa duas regiões classicamente permitidas.

É isso que ocorre quando a agulha é colocada bem próxima da superfície da amostra, em escalas de aproximação nanométricas, que são conseguidas porque o computador está programado, quando estímulos elétricos são aplicados, a gerar movimentos muito precisos nessa escala. Então, os elétrons da superfície da amostra começam a tunelar para a ponta da agulha e vice-versa, dependendo da polaridade de voltagem aplicada.

Quando isso acontece, os elétrons tunelados emitem uma corrente elétrica pequena (corrente de tunelamento). Ao medir essa corrente elétrica, obtém-se uma imagem topográfica da superfície com uma resolução atômica.

Esquema de Microscópio de tunelamento com varredura (STM)
Esquema de Microscópio de tunelamento com varredura (STM)

Portanto, não é que esse Microscópio de tunelamento seja capaz de tirar uma foto dos átomos e moléculas na superfície, mas é como se essas máquinas pudessem senti-los. A título de comparação, é como quando passamos nossa mão bem perto da tela de uma televisão ligada, mas sem tocá-la, e sentimos certo formigamento. De modo similar, o computador coleta os dados e desenha um mapa da corrente sobre a superfície que corresponde a um mapa das posições atômicas.

A probabilidade de tunelamento varia de átomo para átomo, de modo que, em alguns casos, a imagem corresponde a algo muito próximo da topografia pura, enquanto, em outros, não.

O Microscópio de tunelamento com varredura (STM) foi o primeiro equipamento inventado que permitiu medir e manipular os átomos e moléculas. Mas, depois dele, foram criados outros microscópios de varredura por sonda (SPM - Scanning Probe Microscope), tais como o microscópio de força atômica (AFM - Atomic Force Microscope), o microscópio de força magnética (MFM - Magnetic Force Microscope), o microscópio de força eletrostática (EFM - Electrostatic Force Microscope), o microscópio ótico de campo próximo (SNOM - Scanning Near-Field Optical Microscope) e todos os derivados.

Leia mais no texto abaixo:

- Microscópio de Força Atômica (AFM).


Por Jennifer Rocha Vargas Fogaça
DESTAQUES
Confira os destaques abaixo

..................................................

Genocídio
O genocídio é considerado crime contra a humanidade?

..................................................

Ilusão de ótica
Descubra se há relação entre a ilusão de ótica e a matemática.

..................................................