Mais rápido do que um pixel por vez — novo método de imagem para microscópios de feixe atômico neutro

Imagens de microscópio poderiam ser obtidas muito mais rapidamente — em vez de um pixel por vez — graças a um novo método de imagem para microscópios de feixe atômico neutro desenvolvido por pesquisadores da Swansea University. Isso poderia, em última análise, levar engenheiros e cientistas a obterem resultados mais rápidos ao escanear amostras.

A pesquisa foi publicada na última edição da revista Comunicações da Natureza.

Os microscópios de feixe atômico neutro são um grande foco de interesse de pesquisa no momento. Eles são capazes de gerar imagens de várias superfícies que não podem ser estudadas usando microscópios disponíveis comercialmente. Isso pode incluir amostras delicadas — como biofilmes bacterianos, películas de gelo ou dispositivos fotovoltaicos orgânicos — que são difíceis de gerar imagens ou que são danificados e alterados por elétrons, íons e fótons.

Eles funcionam espalhando um feixe de partículas neutras de baixa energia, geralmente átomos de hélio, de uma superfície para obter imagens de sua estrutura e composição.

Os microscópios de feixe atômico neutro existentes obtêm a imagem iluminando a amostra através de um orifício microscópico. Eles então escaneiam a posição da amostra enquanto registram o feixe espalhado para construir uma imagem.

No entanto, uma grande limitação dessa abordagem é o tempo de geração de imagens necessário, pois a imagem é medida um pixel por vez. Melhorar a resolução reduzindo a dimensão do furo de agulha reduz drasticamente o fluxo do feixe e requer um tempo de medição significativamente maior.

É aqui que a nova pesquisa da Swansea University faz a diferença. O grupo de pesquisa do Professor Gil Alexandrowicz do departamento de química desenvolveu um novo — e mais rápido — método alternativo ao escaneamento pinhole.

Eles demonstraram o novo método usando um feixe de átomos de hélio-3, um isótopo leve raro do hélio comum.

O método funciona passando um feixe de átomos através de um campo magnético não uniforme e usando a precessão do spin nuclear para codificar a posição das partículas do feixe que interagem com a amostra.

Morgan Lowe, um estudante de doutorado da equipe de Swansea, construiu o dispositivo de codificação magnética e realizou o primeiro conjunto de experimentos que demonstram que o novo método funciona.

O perfil do feixe medido pelo Sr. Lowe se compara muito bem com cálculos de simulação numérica. A equipe também usou simulações numéricas para mostrar que o novo método de codificação magnética deve ser capaz de melhorar a resolução da imagem com um aumento significativamente menor no tempo, em comparação com a abordagem de microscopia de orifício de pino usada atualmente.

O professor Alexandrowicz do departamento de química da Universidade de Swansea, pesquisador líder, explicou: “O método que desenvolvemos abre várias novas oportunidades no campo da microscopia de feixe neutro. Ele deve tornar possível melhorar a resolução da imagem sem exigir tempos de medição proibitivamente longos, e também tem o potencial de habilitar novos mecanismos de contraste com base nas propriedades magnéticas da amostra estudada.

“No futuro imediato, o novo método será mais desenvolvido para criar um protótipo de microscópio de feixe neutro de codificação magnética totalmente funcional. Isso permitirá testar os limites de resolução, mecanismos de contraste e modos de operação da nova técnica.

“Em um futuro mais distante, esse novo tipo de microscópio deverá estar disponível para cientistas e engenheiros caracterizarem a topografia e a composição de amostras sensíveis e delicadas que eles produzem e/ou estudam.”