How big is Menor objeto visível a um microscópio eletrônico?

Um microscópio eletrônico forma imagens com um feixe de elétrons em vez de luz, e consegue mostrar átomos isolados. Até onde se sabe, em 2026, os melhores microscópios eletrônicos conseguem distinguir detalhes a cerca de 20 picômetros de distância um do outro, cerca de um quinto da largura de um átomo de hidrogênio. Um picômetro é um trilionésimo de um metro.

Tamanho

Esse valor é uma resolução, não o tamanho de um objeto. A resolução de um microscópio é a menor distância na qual dois pontos ainda aparecem como dois pontos separados, em vez de uma única mancha borrada. As menores coisas que um microscópio eletrônico consegue mostrar são átomos isolados, e os melhores instrumentos hoje distinguem detalhes separados por uma fração da largura de um átomo.

Falhas nas lentes magnéticas que focalizam o feixe de elétrons antes limitavam as imagens mais nítidas a cerca de 100 picômetros. Corretores de lentes mudaram isso. Em 2008, o Laboratório Nacional Lawrence Berkeley apresentou o TEAM 0.5, um microscópio projetado para atingir meio ångström, ou 50 picômetros. Sua equipe relatou que resolveu pares de átomos de germânio a 47 picômetros de distância um do outro.

Um método computacional chamado pticografia eletrônica então levou o recorde ainda mais longe. Uma equipe da Universidade Cornell chegou a 39 picômetros em 2018, e a cerca de 20 picômetros em 2021. Em 2024, uma equipe da Universidade Tsinghua, na China, relatou detalhes de até 14 picômetros, usando uma forma diferente de medir a resolução. O recorde exato depende de como a resolução é medida.

Comparações de tamanho

Um átomo de hidrogênio, com cerca de 0,1 nanômetro de largura, é cerca de cinco vezes mais largo que o menor detalhe que esses microscópios conseguem distinguir.
Se um átomo de hidrogênio fosse ampliado ao tamanho de uma bola de basquete, com cerca de 24 centímetros de diâmetro, o microscópio conseguiria distinguir detalhes a cerca de 4,5 centímetros de distância um do outro.
Um microscópio óptico comum não consegue distinguir detalhes mais próximos que cerca de 0,2 micrômetro. Isso é 10.000 vezes a distância que os melhores microscópios eletrônicos conseguem distinguir. Um micrômetro é um milionésimo de um metro.
Vinte picômetros equivalem a 0,2 ångström. As ligações entre átomos costumam ter de 1 a 2 ångströms de comprimento, de 5 a 10 vezes o comprimento do menor detalhe distinguido.
Cerca de 4 a 5 milhões dos menores detalhes distinguíveis caberiam ao longo da largura de um fio de cabelo humano.

Por que os elétrons revelam detalhes mais finos que a luz

Microscópios convencionais não conseguem distinguir detalhes muito menores que o comprimento de onda daquilo que usam para enxergar. O comprimento de onda é a distância entre uma crista de uma onda e a seguinte. Em um microscópio óptico comum, esse limite é de cerca de 0,2 micrômetro, como o microscopista Ernst Abbe calculou em 1873.

Os elétrons também se comportam como ondas, com comprimentos de onda muito menores que os da luz. Os elétrons rápidos usados em muitos desses microscópios têm um comprimento de onda de cerca de 2 picômetros. Em princípio, isso permitiria detalhes muito mais finos do que a luz jamais poderia revelar. Na prática, lentes com falhas mantiveram os microscópios eletrônicos bem aquém desse limite, e corretores e métodos computacionais vêm reduzindo essa diferença desde então.

Como as imagens mais recentes são feitas

A pticografia eletrônica não depende apenas de lentes. O microscópio varre seu feixe pela amostra em pontos sobrepostos e registra como os elétrons se espalham em cada um deles. Algoritmos computacionais então calculam que formato de amostra produziria esses padrões, e reconstroem a imagem a partir deles.

As imagens de 2021 obtidas em Cornell mostraram um cristal ampliado 100 milhões de vezes. Nessa resolução, a principal fonte de borrão que resta vem dos próprios átomos, que vibram constantemente por causa do calor. O líder da equipe, David Muller, descreveu isso como, na prática, um limite final para a resolução.