O microscópio mais rápido do mundo captura movimento de elétrons em attossegundos: WebCuriosos
Nossa capacidade de visualizar o reino subatômico é limitada, não apenas pela resolução, mas também pela velocidade. As partículas constituintes que compõem – e se libertam – dos átomos podem, em teoriamova-se a velocidades próximas à da luz.
Na prática, muitas vezes movem-se muito mais lentamente, mas mesmo estas velocidades mais lentas são demasiado rápidas para os nossos olhos, ou tecnologia, verem. Isto tornou a observação do comportamento dos eletrões um desafio – mas agora o desenvolvimento de uma nova técnica de imagem microscópica permitiu aos cientistas capturá-los em movimento, em tempo real.
É o trabalho de uma equipe de físicos da Universidade do Arizona em Tucson, liderada por Dandan Hui e Husain Alqattan, e pode capturar imagens em velocidades de attossegundos; isso é um quintilionésimo de um segundo. Eles chamaram a técnica de attomicroscopia.
“A melhoria da resolução temporal dentro dos microscópios eletrônicos é há muito esperada e o foco de muitos grupos de pesquisa, porque todos queremos ver o movimento dos elétrons”, diz o físico Mohammed Hassan da Universidade do Arizona Tucson.
“Esses movimentos acontecem em attossegundos. Mas agora, pela primeira vez, somos capazes de atingir a resolução temporal de attosegundos com nosso microscópio de transmissão eletrônica – e nós o chamamos de 'attomicroscopia'. Pela primeira vez, podemos ver pedaços do elétron em movimento.”
Microscopia eletrônica de transmissãoou TEM, é uma técnica usada para gerar imagens das menores estruturas do mundo físico. Depende de elétrons, em vez de luz, para gerar a imagem. Um feixe de elétrons é transmitido através de uma amostra de material; a interação entre os elétrons e a amostra é o que produz a imagem. Por exemplo, abaixo está uma imagem TEM de um glóbulo branco.
Em vez da velocidade do obturador de uma câmera convencional, o TEM depende da velocidade dos pulsos de laser nos quais os elétrons são transmitidos. Quanto mais rápida for a duração dos pulsos de laser, melhor será a imagem resultante. Portanto, se você deseja melhor qualidade de imagem, a maneira de conseguir isso é desenvolver um laser que possa disparar pulsos mais curtos.
Anteriormente, os lasers TEM atingiam a duração de alguns attosegundos, liberados em um trem, um pouco como uma pequena explosão de estática.
Essa é uma conquista absolutamente notável e digna do Prêmio Nobel; mas o problema é que, embora isso gere uma série de imagens, os elétrons se movem um pouco mais rápido – então as mudanças em um elétron entre os pulsos foram perdidas.
Os pesquisadores queriam ver se conseguiam encontrar uma maneira de encurtar a duração do feixe pulsado para apenas um attosegundo, a velocidade com que os elétrons no feixe se movem, permitindo assim que o TEM os capturasse no quadro congelado.
A descoberta foi alcançada dividindo o pulso em três: dois pulsos de luz e um pulso de elétrons. O primeiro pulso de luz é chamado de pulso de bomba. Ele injeta energia em uma amostra de grafeno, o que faz com que os elétrons se movam.
Isto é seguido pelo segundo pulso de luz, ou pulso de portão, que cria um portão ou janela. Enquanto está 'aberto', um único pulso de elétron de attossegundos é disparado na amostra, e os processos subatômicos de velocidade de attossegundos são capturados.
O resultado é um mapa preciso da dinâmica dos electrões – um mapa que abre a porta a novos estudos sobre a forma como estas importantes partículas se comportam.
“Este microscópio eletrônico de transmissão é como uma câmera muito poderosa na versão mais recente dos smartphones; ele nos permite tirar fotos de coisas que não conseguíamos ver antes – como os elétrons”, Hassan diz.
“Com este microscópio, esperamos que a comunidade científica possa compreender a física quântica por trás de como um elétron se comporta e como um elétron se move.”
A pesquisa foi publicada em Avanços da Ciência.
