As equipes EQUATE desenvolvem processos para ver melhor a nanoescala

17 de julho de 2023 · 5 min de leitura

Duas equipes multidisciplinares com muitos dos mesmos pesquisadores estão desenvolvendo processos que permitem aos cientistas ver melhor a nanoescala e aproveitar as possibilidades do reino quântico.

Cada um dos dois projetos teve artigos publicados em revistas de pesquisa de prestígio na mesma semana de maio e inclui professores e estudantes de pós-graduação de vários departamentos acadêmicos da Universidade de Nebraska-Lincoln - engenharia mecânica e de materiais, engenharia elétrica e de computação, química, física e astronomia.

“A abordagem multidisciplinar funciona para estes projetos porque permite que todos nos concentremos num aspecto que é vital para o seu sucesso”, disse Abdelghani Laraoui, professor assistente de engenharia mecânica e de materiais e investigador de ambas as equipas. “Esses projetos estão avançando no que é possível para a pesquisa quântica.”

A edição de 9 de maio do ACS Nano apresentou um artigo no qual os autores detalham sua nova técnica usando magnetometria baseada em vacância de nitrogênio para estudar as propriedades magnéticas de nanobastões e aglomerados de nanopartículas individuais de cruzamento de spin de ferro-triazol.

Estudos anteriores sobre essas moléculas magnéticas foram conduzidos principalmente em formato a granel (solução ou pó), dificultando o estudo de seu comportamento magnético individual devido ao seu fraco sinal magnético parasita. Pesquisadores lançaram nanopartículas de triazol de ferro fundido em um substrato de diamante dopado com sensores quânticos ultrassensíveis. Quando um feixe de luz verde é disparado através do substrato, os NVs emitem fluorescência de uma luz vermelha em taxas variadas na presença dos nanobastões e nanopartículas. Essa mudança na fluorescência ilumina a área e permite que uma câmera de altíssima resolução, em função do campo magnético aplicado, frequência de micro-ondas e temperatura, rastreie os spins de ferro-triazol no nível individual das nanopartículas.

Laraoui disse que a pesquisa da equipe mostra que esta técnica melhora a capacidade de imagem para menos de 20 nanômetros – cerca de 5.000 vezes menor que um fio de cabelo humano – e talvez a sensibilidade para até 10 nanômetros.

Usando um “interruptor térmico” e um “ímã permanente”, disse Laraoui, a equipe foi capaz de controlar os estados de rotação de nanobastões individuais e regular tanto seus níveis de magnetismo quanto os campos magnéticos dispersos que eles criam. Esses campos dispersos são muito fracos e tornam mais difícil a medição usando técnicas tradicionais, como a microscopia de força magnética.

“Qualquer molécula possui componentes, incluindo metais de transição como o ferro, que são magnéticos, e o spin desses componentes se comporta de maneira diferente dependendo da temperatura”, disse Laraoui. “Em temperaturas mais baixas, os spins não têm sinal magnético porque se cancelam.

“Você pode controlar isso não apenas com a temperatura e um campo magnético, mas com a voltagem aplicada de maneiras que mudam os spins das moléculas magnéticas.”

Laraoui disse que a técnica NV permitirá o estudo de fenômenos magnéticos e físicos inexplorados em escala nanométrica e provavelmente levará a avanços na detecção quântica, na eletrônica de spin molecular e em campos da medicina, como virologia e pesquisa em ciências do cérebro.

Esta equipe inclui:

Corpo docente de Nebraska: Abdelghani Laraoui, professor assistente de engenharia mecânica e de materiais; Rebecca Lai, professora associada de química; Sy-Hwang Liou, professor de física e astronomia; Yinsheng Guo, professor assistente de química; e Ilja Fescenko, da Universidade da Letónia.

Alunos de pós-graduação em Nebraska: Suvechhya Lamichhane, física e astronomia; Kayleigh McElveen, química; Adam Erickson e Rupak Timalsina, engenharia mecânica e de materiais; e o pesquisador de pós-doutorado em química Shuo Sun.

Os pesquisadores da segunda equipe usaram um material hospedeiro ultrafino emergente para aumentar o brilho dos emissores de fóton único em 200%. O artigo deles foi publicado na edição de 3 de maio da Advanced Optical Materials.