Ver como os átomos vibram à escala de angstrom
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A sondagem da vibração dos átomos fornece informações pormenorizadas sobre a estrutura local e as ligações que definem as propriedades dos materiais. A espetroscopia Raman com pontas (TERS) oferece uma resolução extremamente elevada para sondar essas vibrações. Krystof Brezina e Mariana Rossi, do MPI para a Estrutura e Dinâmica da Matéria (MPSD), e Yair Litman, do MPI para a Investigação de Polímeros (MPIP), demonstraram que as simulações realistas dos primeiros princípios são essenciais para interpretar as imagens TERS de moléculas e materiais em superfícies. A sua abordagem revela como as interações com substratos metálicos remodelam a imagem vibracional à nanoescala. O trabalho foi agora publicado na ACS Nano.
À nanoescala, todos os átomos vibram. Estas vibrações definem a dissipação de calor, as reacções químicas e as propriedades dos materiais. As diferentes formas como os átomos podem vibrar são determinadas pela ligação química local e pelo seu ambiente, proporcionando assim uma sonda inestimável das propriedades e da composição da matéria. No laboratório, podem ser estudados indiretamente utilizando espectroscopias como a dispersão Raman. As medições convencionais são efectuadas em média em muitos átomos, pelo que a sua resolução espacial é limitada. A espetroscopia Raman com pontas supera esta limitação combinando a luz laser com uma ponta metálica afiada que concentra o campo eletromagnético num volume minúsculo, permitindo uma resolução até à escala de Ångström (10-10 m). Isto permite obter imagens do movimento vibracional até mesmo de moléculas individuais ou defeitos em superfícies metálicas. No entanto, a interpretação de imagens tão detalhadas requer modelos teóricos fiáveis que possam ligar os sinais medidos ao movimento à escala atómica.
Os experimentalistas esforçam-se por separar os diferentes factores ambientais que influenciam os sinais TERS, tornando mais difícil compreender as assinaturas do movimento atómico individual. É aqui que as simulações vêm em socorro. Este novo estudo propõe um método computacional que permite uma simulação eficiente dos sinais TERS de sistemas de dimensão realista contendo centenas de átomos, baseando-se apenas nas leis mais fundamentais da mecânica quântica. O estudo mostra ainda que as simplificações comuns anteriormente efectuadas na modelação teórica, como o tratamento de moléculas como sistemas isolados ou a aproximação de superfícies utilizando pequenos aglomerados, podem ser problemáticas.
As simulações demonstram de forma inequívoca que o TERS é extremamente sensível à simetria dos ambientes locais e permite, por exemplo, a identificação de defeitos locais em materiais 2D. Demonstram também que o rastreio eletrónico da superfície metálica altera drasticamente as imagens das vibrações moleculares que envolvem movimentos perpendiculares à superfície de suporte, enquanto as vibrações confinadas ao plano molecular são muito menos afectadas.
"As imagens TERS são frequentemente interpretadas como mapas diretos do movimento atómico", explica Mariana Rossi. "Os nossos resultados mostram que a resposta eletrónica da superfície pode dominar o sinal e alterar fundamentalmente o significado destas imagens." Krystof Brezina acrescenta: "Uma nova perspetiva física obtida com o nosso trabalho é que as interações espacialmente não locais entre átomos podem influenciar fortemente os sinais TERS num determinado ponto do espaço, o que significa que as regiões mais brilhantes não correspondem necessariamente aos maiores deslocamentos atómicos"
Ao permitir simulações realistas e preditivas, este avanço melhora a qualidade das imagens TERS como sonda à nanoescala. A modelação exacta de TERS com estes métodos será fundamental em várias áreas emergentes de investigação em ciências da superfície, incluindo a sequenciação de genomas, a caraterização de materiais, a conceção de dispositivos à escala molecular e a monitorização operacionalde reacções catalisadas por superfícies para a produção de energia verde.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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