Nanotecnologia

Lentes móveis de silício permitem ver dentro de rochas

Redação do Site Inovação Tecnológica -  26/03/2018

Foto do interior de um cilindro de granito. A resolução é suficiente para mostrar os quatro tipos diferentes de minerais que formam a rocha. [Imagem: Huber & Hanacek/NIST]

Ver dentro de sólidos opacos

Você não consegue ver bem sem lentes que possam focalizar a luz, sejam elas as lentes naturais dos seus olhos enquanto você se deslumbra ante uma montanha, sejam as lentes do microscópio que você usa para examinar partículas minúsculas.

Mas você pode tentar focar o quanto quiser que não conseguirá enxergar através de materiais sólidos opacos - menos ainda enxergar lá no meio desses objetos.

Mas você pode ter êxito nessa tentativa se usar a ferramenta adequada, mais especificamente, uma novíssima ferramenta que acaba de ser criada por Dusan Sarenac e seus colegas do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia dos EUA.

Trata-se de forma inovadora para focar feixes de nêutrons, partículas que podem adentrar no interior de objetos opacos com uma precisão inédita, permitindo explorar as entranhas de objetos dos mais diversos tipos - de rochas terrestres e meteoritos a materiais sintéticos - de forma não-invasiva, ou seja, sem danificar as amostras que estão sendo inspecionadas.

Redes de difração

O método criado por Sarenac transforma uma ferramenta tradicional - o imageamento por nêutrons, uma espécie de tomografia - em uma técnica de digitalização completa, capaz de revelar detalhes variando em tamanho de 1 nanômetro até 10 micrômetros, escondidos lá no interior do material.

Essa interferometria de nêutrons tornou-se realidade com o uso de um conjunto de "lentes" móveis capazes de ampliar e diminuir detalhes que outros métodos de varredura por nêutrons não conseguem.

As "lentes" são na verdade pastilhas de silício que atuam como redes de difração, que tiram proveito das propriedades de onda dos nêutrons. As ranhuras na superfície da pastilha de silício dividem e redirecionam o feixe de nêutrons para que as ondas reflitam nas bordas do objeto sendo observado e depois colidam umas com as outras, criando um padrão de interferência moiré visível que é representativo do objeto e pode ser facilmente interpretado e transformado digitalmente em uma imagem.

"Nós podemos visualizar estruturas em muitos níveis diferentes e em diferentes escalas. Isso pode complementar outras técnicas de digitalização porque a sua resolução é muito boa. [A técnica] tem uma capacidade dramática de focalização, e não estamos limitados a visualizar fatias finas de material como com outros métodos - podemos olhar facilmente dentro de um pedaço grosso de rocha," disse o professor Michael Huber.

Movimentando essas três pastilhas de silício é possível registrar detalhes entre 1 nanômetro de 10 micrômetros. [Imagem: Huber & Hanacek/NIST]

Interferometria de nêutrons

A interferometria é uma especialização no mundo da ciência dos nêutrons e é essencial em medições precisas, como no cálculo do índice de refração dos materiais - essa medição é feita verificando como os nêutrons refletem-se na estrutura atômica do objeto.

Mas a interferometria de nêutrons também tem potencial para outros usos na física fundamental, como medir com precisão a constante gravitacional.

A técnica é sensível o suficiente para detectar como a força gravitacional de um objeto pode desviar os nêutrons, assim como a Terra atrai um objeto atirado ao ar - e vice-versa.

Mas o calcanhar de Aquiles das técnicas de imageamento por nêutrons tem sido sua lentidão. Para focar os nêutrons em uma amostra de material, um interferômetro precisava até agora de um cristal esculpido em dimensões precisas de um único bloco grande de silício de alta qualidade.

A nova abordagem evita esse problema usando um trio de grades finas de silício para focar os nêutrons, substituindo o caro cristal.

Bibliografia:

Three Phase-Grating Moiré Neutron Interferometer for Large Interferometer Area Applications
Dusan Sarenac, D. A. Pushin, M. G. Huber, D. S. Hussey, H. Miao, M. Arif, D. G. Cory, A. D. Cronin, B. Heacock, D. L. Jacobson, J. M. LaManna, H. Wen
Physical Review Letters
Vol.: 120, 113201
DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.113201