Nanotecnologia extrema vê átomos individuais reagindo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/03/2020

Visualização dos átomos ao microscópio (esquerda) e esquema do experimento (direita).
[Imagem: University of Otago/10.1103/PhysRevLett.124.073401]

Reação química entre átomos individuais

Em um experimento inédito para a física quântica, pesquisadores da Universidade de Otago, na Nova Zelândia, mantiveram átomos individuais "suspensos" num ponto fixo e então os observaram conforme eles interagiam e reagiam entre si, algo nunca antes observado.

Até agora, esse processo físico e químico-quântico só era entendido através de médias estatísticas de experimentos envolvendo grandes números de átomos.

E os resultados surpreenderam, mostrando que as teorias terão que ser refeitas porque não explicam o que o experimento mostrou.

"Nosso método envolve capturar e resfriar individualmente três átomos a uma temperatura de cerca de um milionésimo de Kelvin usando raios laser altamente focados em uma câmara com hipervácuo, do tamanho de uma torradeira. Nós combinamos lentamente as armadilhas que continham os átomos para produzir interações controladas que nós então medimos," explicou o professor Mikkel Andersen.

Teorias insuficientes

Quando os três átomos se aproximaram, dois deles - e apenas dois, o que é uma surpresa - formaram uma molécula e todos recebem um "pulso" da energia liberada no processo. Uma câmera de microscópio permitiu que o processo fosse ampliado e visualizado.

"Apenas dois átomos não podem formar uma molécula, são necessários pelo menos três para fazer a química. Nosso trabalho representa a primeira vez que esse processo básico é estudado isoladamente, e ocorre que ele nos deu vários resultados surpreendentes que não eram esperados com base nas medições anteriores em grandes nuvens de átomos," disse o pesquisador Marvin Weyland.

Os resultados do experimento mostraram que demorou muito mais tempo do que o esperado para formar uma molécula, em comparação com outros experimentos e com os cálculos teóricos, que se mostraram insuficientes para explicar o fenômeno.

Embora os pesquisadores sugiram mecanismos que possam explicar a discrepância, eles destacam a necessidade de desenvolvimentos teóricos adicionais nessa área da mecânica quântica experimental.

A expectativa é que esta técnica permita fazer reações químicas, partindo de átomos individuais, para produzir virtualmente qualquer substância.
[Imagem: L. A. Reynolds et al./APS/Alan Stonebraker]

Montar a matéria de baixo para cima

A equipe já havia observado dois átomos individuais interagirem entre si, mas não para formar uma molécula.

E este talvez seja o resultado mais entusiasmante para os sonhos de longa data da nanotecnologia: "Ao trabalhar nesse nível molecular, agora sabemos mais sobre como os átomos colidem e reagem um com o outro. Com mais desenvolvimento, esta técnica poderá fornecer uma maneira de construir e controlar moléculas únicas de produtos químicos específicos," disse Weyland.

Isso, sem contar, é claro, toda a gama de tecnologias quânticas, que dependem da manipulação precisa de partículas individuais.

Bibliografia:

Artigo: Direct Measurements of Collisional Dynamics in Cold Atom Triads
Autores: L. A. Reynolds, E. Schwartz, U. Ebling, M. Weyland, J. Brand, M. F. Andersen
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 124, 073401
DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.073401