Combinando duas técnicas diferentes, pesquisadores do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), em Campinas (SP), desenvolveram uma metodologia inédita capaz de mapear em três dimensões a composição química de nanoestruturas.
O novo método, desenvolvido após três anos de estudos por integrantes do Laboratório de Microscopia Eletrônica (LME) do LNLS, foi descrito em um artigo publicado no Journal of Physical Chemistry C.
De acordo com Antonio Ramirez, coordenador do LME, a metodologia determina a composição química tridimensional de nanoestruturas a partir de imagens obtidas por meio de microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM).
“Essas imagens foram obtidas com uma técnica conhecida como reconstrução por série focal (FSR) – procedimento usado para obter imagens livres das aberrações do sistema óptico do microscópio. Essas imagens, com alta qualidade e resolução de picômetros, foram aliadas à técnica de análise de fase geométrica (GPA), que permite um mapeamento bidimensional de distorções estruturais”, disse Ramirez à Agência FAPESP.
Segundo ele, a abordagem adotada pelo grupo consistiu em usar os resultados obtidos com a combinação das duas técnicas para calcular a composição química das nanoestruturas a partir das medidas de suas deformações estruturais.
“Essas distorções, em diferentes direções cristalográficas, forneceram informações tridimensionais sobre o arranjo químico das nanoestruturas, com resolução espacial em escala nanométrica. Ao combinar as técnicas, conseguimos reconstituir a composição química nanoestrutural dessas estruturas”, disse.
O primeiro autor do artigo, Luciano Montoro, realiza pós-doutorado no LME, com bolsa da FAPESP. Anteriormente, Montoro também teve apoio da Fundação para realizar trabalhos de Iniciação Científica, Mestrado e Doutorado. Ramirez tem atualmente em andamento uma pesquisa apoiada pelo Programa Jovens Pesquisadores em Centros Emergentes da FAPESP.
“Toda a infraestrutura de microscopia eletrônica que utilizamos no estudo também foi financiada pela FAPESP. O LME é um laboratório multiusuários que recebe cerca de 150 pesquisadores por ano e, em seus 11 anos de existência, tornou-se referência em microscopia eletrônica, especialmente na área de química. Toda essa filosofia de trabalho foi montada ao redor de grandes projetos apoiados pela FAPESP”, explicou Ramirez.
Para realizar a pesquisa, o grupo utilizou ilhas epitaxiais de germânio-silício. “Trata-se de um sistema clássico de semicondutores. Foi um dos autores do estudo, Gilberto Medeiros-Ribeiro, que desenvolveu esse sistema”, disse Ramirez.
No sistema, o germânio é depositado sobre uma superfície de nanocristais de silício – que se caracteriza por ser bastante plana – previamente aquecida a uma temperatura de cerca de 500º C. Conforme as camadas vão sendo depositadas, o germânio forma estruturas piramidais – ou “ilhas” – sobre o silício.
“O germânio e o silício têm a mesma estrutura cristalina, isto é, seus átomos se organizam em ordem semelhante. Mas seus tamanhos são ligeiramente diferentes e, por isso, o acúmulo de diversas camadas do germânio provoca distorções tão pronunciadas que formam as ilhas. Parte do silício, no entanto, é puxada para dentro dessas estruturas”, contou.
Novas técnicas
Ramirez explica que as características desse sistema de estruturas cristalinas já haviam sido medidas em outros trabalhos com o uso de difração de raios X. Mas trata-se de uma medição muito genérica, que pressupõe determinadas distribuições.
“No nosso caso, é como se tivéssemos produzido fotos da composição dessas estruturas a partir de vários ângulos. Com isso, temos informações obtidas a partir de várias direções e, com um tratamento matemático, começamos a fazer um mapeamento tridimensional da química da nanoestrutura”, disse.
Segundo o pesquisador, um aspecto importante do trabalho é que, em vez de apenas utilizar os dados obtidos por microscopia eletrônica de transmissão, o estudo agregou conhecimento ao contribuir com o desenvolvimento de novas técnicas.
“Estando em um laboratório nacional, que oferece essas técnicas avançadas, é parte da nossa obrigação não apenas utilizá-las, mas ajudar a desenvolvê-las. Essa metodologia poderá abrir novas portas para o estudo e a caracterização de materiais tecnologicamente importantes em áreas como a eletrônica”, disse.
Além de Ramirez, Montoro e Medeiros-Ribeiro, assinam o artigo Fellipe Peternella, Daniel Biggemann e Marina Leite, pelo LNLS, e Joost Batenburg, pela Universidade da Antuérpia.
O artigo Quantitative 3D Chemical Arrangement on Ge-Si Nanostructures, de Antonio Ramirez e outros, pode ser lido por assinantes do Journal of Physical Chemistry C em http://pubs.acs.org/journal/jpccck.
Autor: Agência FAPESP
