Uma pecinha de metal de 3 milímetros parece comum, mas, ao ampliar milhões de vezes, surge um universo formado por átomos reais, organizados em padrões invisíveis a olho nu.

Por que não dá para ver átomos com luz normal?

A luz visível tem comprimentos de onda entre 380 e 750 nanômetros, enquanto um átomo tem cerca de 0,1 nanômetro. Ou seja, mesmo a menor cor de luz ainda é milhares de vezes maior que o próprio átomo.

Quando o objeto é muito menor que o comprimento de onda, a luz não desenha sua forma, ela se espalha e se difrata. É por isso que microscópios ópticos chegam a um limite, e tudo fica borrado, mesmo usando lentes de altíssima qualidade.

Como elétrons viraram a lupa perfeita para chegar nos átomos?

A virada de jogo veio quando físicos perceberam que elétrons também têm comportamento ondulatório, com comprimento de onda que depende da massa e da velocidade, segundo a ideia de Louis de Broglie. Ao acelerar elétrons a 99% da velocidade da luz, esse comprimento cai para a escala de picômetros, menor que um átomo.

Foi criado o microscópio eletrônico de transmissão: um feixe de elétrons passa por uma amostra ultrafina de 100 nanômetros, e as regiões que deixam mais ou menos elétrons atravessarem formam uma sombra eletrônica ampliada por lentes eletromagnéticas.

Quem conseguiu focar elétrons e transformar isso em imagens?

Como vidro não desvia elétrons, foi preciso inventar outro tipo de lente. Hans Busch sugeriu usar campos magnéticos, e Ernest Ruska colocou a ideia em prática enrolando fio em torno de um núcleo de ferro, criando uma lente eletromagnética capaz de focar o feixe.

1. O feixe é guiado pelo campo magnético em forma de rosquinha.
2. A força de Lorentz faz os elétrons seguirem trajetórias em espiral até convergirem no centro.
3. Nasceu o primeiro microscópio eletrônico funcional, que enxergava estruturas bem menores que microscópios ópticos.

Quer entender mais sobre átomos? Confira o vídeo abaixo explicando sobre o assunto:

Como quebrar a regra e finalmente ver átomos com nitidez?

Três pesquisadores — Urban, Max Haider e Harald Rose — enfrentaram o teorema de Scherzer distorcendo a imagem de propósito, usando conjuntos complexos de eletroímãs chamados hexapolos. Fizeram o feixe passar por dois conjuntos, um distorcendo e outro desdistorcendo a imagem.

Essa divergência controlada compensou a aberração esférica da lente original quase por completo. O resultado foi uma resolução de 0,13 nanômetro, revelando átomos como pontos nítidos. Em 2020, os quatro nomes receberam o prêmio Kavli em Nanociência, reconhecendo o impacto direto nas pesquisas de materiais, química e engenharia.

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