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Como funciona a tomografia por sonda atômica? Pegamos o pedaço de material que queremos analisar e o afiamos em uma agulha. Colocamos a agulha sob um campo eletrostático forte o suficiente para fazer com que um dos átomos da superfície perca um elétron. Isso deixa um átomo ionizado na superfície que é então puxado por este campo elevado. Registramos o tempo de voo do íon para um detector e a posição em que ele atinge o detector. As linhas de campo próximas à agulha fazem com que os íons sigam um caminho previsível, de modo que suas posições de aterrissagem no detector sejam altamente ampliadas, da ordem de um milhão de vezes em comparação com suas posições originais na agulha. Assim, podemos identificar não apenas que tipo de átomo estamos removendo, mas também podemos medir sua posição original no material.

Como você sabe que tipo de átomo você está vendo?

O tempo de voo do íon da agulha até o detector depende de sua relação massa-carga – portanto, podemos distinguir diferentes elementos e isótopos. É um espectrômetro de massa de tempo de voo combinado com um microscópio de projeção.

Como você reconstrói o material original?

Controlamos a evaporação de íons aplicando uma tensão ou pulso de laser sobreposto ao campo elétrico de fundo. Os pulsos estimulam íons individuais a evaporar da superfície. Podemos controlar com muita precisão a frequência com que os eventos acontecem para que os átomos saiam da agulha na ordem correta. Depois de reunir todos os dados dos íons individuais, construímos uma imagem 3D que dá a estrutura em escala atômica do material.

Por que dissecar um material dessa maneira?

As propriedades de um material são determinadas por sua estrutura atômica. Se quisermos entender por que um material tem propriedades específicas e como podemos afetar essas propriedades pela maneira como fabricamos ou processamos o material, precisamos saber a identidade e as posições dos átomos. A sonda atômica pode dizer a identidade e a posição de quase todos os átomos em um material em 3D com resolução espacial sub-nanométrica.

Funções da tomografia por sonda atômica

Depois de entender melhor como funciona a tomografia por sonda atômica, chegou o momento de aprender quais são as funções que ela pode desempenhar. Quer conferir? Veja abaixo as principais possibilidades!

• Análise de Materiais Nanoestruturados: esse tipo de tomografia oferece uma identificação precisa da distribuição de elementos em nanoestruturas. Com isso, é possível visualizar informações detalhadas sobre a sua composição, permitindo assim, uma análise mais precisa.
• Pesquisa em Nanotecnologia: esse tipo de técnica ajuda, e muito, na contribuição de avanços na área da nanotecnologia. Isso porque, é possível realizar a investigação de propriedades mesmo em escalas extremamente pequenas, isto é, nanométricas.
• Estudos de Catalisadores: a tomografia por sonda atômica também permite a avaliação da composição de catalisadores em nível atômico. Você sabe o significado desse termo? Tratam-se de substâncias que são capazes de aumentar a velocidade de uma reação química. Com isso, saber mais sobre os catalisadores é essencial para entender e otimizar processos químicos.
• Análise de Materiais Biocompatíveis: a tomografia por sonda atômica é amplamente utilizada na área da saúde. Isso porque, pode ser aplicada em materiais biocompatíveis, fornecendo assim, insights valiosos para o desenvolvimento de implantes e dispositivos médicos.

Percebeu a quantidade de funções que são desempenhadas pela tomografia por sonda atômica? Ah, e saiba que esses foram apenas alguns exemplos, pois, além dessas funcionalidades, existem diversas outras proporcionadas por essa técnica.

Quais são as aplicações do APT?

Caracterizamos os materiais para ajudar nossos clientes a resolver qualquer problema em que estejam trabalhando, seja refinar uma receita de processamento para fazer uma liga mais forte ou alterar uma propriedade – elasticidade, endurecimento, etc. Essas propriedades são governadas pela distribuição dos átomos, portanto, compreender a microestrutura pode ajudar os cientistas a projetar uma liga para ter as propriedades que procuram. É usado para projetar ligas de alta resistência para aplicações diversas, como motores a jato ou implantes médicos.

Para entender ainda mais, veja abaixo outras áreas em que a tomografia por sonda atômica é usada:

• Geociências e arqueologia: usada para analisar amostras geológicas e arqueológicas. Com isso, é capaz de fornecer informações sobre a história e composição dessas amostras.
• Desenvolvimento de materiais avançados: ajuda na criação de materiais inovadores para diversas finalidades.
• Meio Ambiente e Geologia: a técnica também é muito usada para a avaliação de amostras ambientais e geológicas, permitindo entender processos e impactos ambientais.
• Pesquisa em Nanociência e Nanotecnologia: ajuda a construir estudos detalhados em escala atômica, sendo essencial para avanços na nanociência e na nanotecnologia.
• Indústria Eletrônica e de Semicondutores: usada para a caracterização de materiais utilizados na produção de dispositivos eletrônicos e semicondutores.
• Ciências dos Materiais: uso na análise e desenvolvimento de materiais, oferecendo informações detalhadas sobre composição e estrutura.
• Química e Catalisadores: como já citamos, ela é aplicada na pesquisa química para entender a estrutura de catalisadores, possibilitando otimizar ainda mais as reações químicas.
• Indústria Aeroespacial: ajuda no desenvolvimento de materiais avançados usados em componentes aeroespaciais.

Sem dúvidas, a tomografia por sonda atômica pode ser usada em diferentes áreas, contribuindo para processos cada vez mais precisos.

Ah, e além das áreas mencionadas, saiba que ainda existem diversos outros segmentos que fazem o uso dessa técnica para otimizar ainda mais as suas ações.

Onde mais ele pode ser usado?

Existem várias aplicações em materiais geológicos e na pesquisa de materiais nucleares, como aços para vasos de pressão de reatores. Nossa principal sonda atômica está sendo aplicada em microeletrônica para caracterizar dispositivos como transistores ou células de memória. O transistor de nó de 10 nanômetros, por exemplo, tem recursos muito pequenos e seu desempenho depende da posição exata e do número de átomos dentro do dispositivo. Em geral, o APT é usado para caracterizar materiais à base de silício para aplicações fotoelétricas, várias cerâmicas, vidros metálicos a granel, uma ampla gama de materiais.

Existem materiais que não funcionam?

Normalmente, os materiais macios não renderam bem para a análise de sonda de átomo. Em parte porque são difíceis de preparar em amostras em forma de agulha. Mas esperamos que a gama de materiais que rendem à análise APT se expanda. Por exemplo, o sistema LEAP pode pegar uma amostra biológica que foi preparada sob condições criogênicas e transferir a amostra para a sonda de átomo, mantendo o frio e o vácuo. Recentemente, foi demonstrado que essas mesmas técnicas permitem a quantificação de hidrogênio em metais, algo que o setor de metalurgia vêm tentando fazer há décadas. Muitos de nossos clientes estão liderando a pesquisa em estágio inicial para desenvolver essas e outras aplicações avançadas de APT.

A quem se destina o seu novo produto?

O EIKOS é complementar a outras técnicas de caracterização em nano escala. A simplicidade de seu design o torna adequado para grupos que precisam das informações de escala atômica fornecidas pelo APT, mas que não precisam de todos os recursos e rendimento de nosso produto principal. Se um grupo já tem um microscópio eletrônico de transmissão para pesquisa em escala nanométrica, ele também deve ter uma sonda atômica para expandir suas capacidades analíticas.

Quer conhecer os equipamentos disponíveis? Clique aqui.

Quer saber mais sobre APT: acesse o site da CAMECA: APT (cameca.com).