Nanotecnologia

Câmera mais rápida do mundo fotografa elétron interno do átomo

Redação do Site Inovação Tecnológica -  09/03/2018

É a primeira vez que se consegue observar diretamente os elétrons da camada mais interna de um átomo. [Imagem: Christian Hackenberger/MPQ/MPG]

Pulsos de attossegundos

Uma nova tecnologia laser de alta velocidade permitiu que os físicos gerassem pulsos de fótons de alta energia, na faixa dos attossegundos, com uma intensidade sem precedentes.

Isso permitiu, com um único pulso, observar a interação de múltiplos fótons com elétrons na camada orbital mais interna de um átomo.

Esses pulsos de luz mais rápidos do mundo já permitiam ver elétrons em câmera lenta, mas apenas elétrons da camada mais externa dos átomos.

Observar o movimento de elétrons nas camadas internas exige pulsos que não apenas devem ser ultracurtos, mas também muito brilhantes, e os fótons devem ter energia suficientemente alta para adentrar no átomo. Essa combinação de propriedades tem sido o objetivo de muitos laboratórios em todo o mundo nos últimos 15 anos, mas ninguém havia obtido sucesso até agora.

Boris Bergues e seus colegas da Universidade Ludwig Maximilians de Munique e do Instituto Max Planck de Óptica Quântica (Alemanha), conseguiram todas as condições necessárias para alcançar esse objetivo desenvolvendo uma nova fonte de pulsos de attossegundos - um attossegundo dura um bilionésimo de bilionésimo de segundo.

Fotografando um elétron interno

Em sua demonstração, a equipe conseguiu observar a interação não-linear de um pulso attossegundo com elétrons em uma das camadas orbitais internas do núcleo atômico - neste contexto, o termo "não linear" indica que a interação envolve mais de um fóton (neste experimento, dois estavam envolvidos).

Os pulsos de alta energia foram focados em um fluxo de gás xenônio. Os fótons que eventualmente interagem com a camada interna de um átomo de xenônio expulsam os elétrons daquela camada, ionizando o átomo. Usando um microscópio iônico para detectar esses íons, a equipe conseguiu, pela primeira vez, observar a interação de dois fótons confinados em um pulso de attossegundos com os elétrons nas camadas orbitais internas dos átomos.

"A dinâmica dos elétrons nas camadas internas dos átomos é de particular interesse porque resultam de uma interação complexa entre muitos elétrons que interagem uns com os outros," explicou Boris Bergues. "A dinâmica detalhada resultante dessas interações levanta muitas questões, que agora podemos abordar experimentalmente usando nossa nova fonte attossegundos."

Esses pulsos de attossegundos de alta intensidade poderão ser usados para rastrear o movimento de elétrons dentro dos átomos em tempo real, "congelando" esse movimento graças à extremas velocidades de obturação durante a captura das imagens - o equipamento equivale, assim, à câmera mais rápida do mundo.

Bibliografia:

Table-Top Nonlinear Optics in the 100-eV Spectral Region
Boris Bergues, D. E. Rivas, M. Weidmann, A. A. Muschet, W. Helml, A. Guggenmoos, V. Pervak, U. Kleineberg, G. Marcus, R. Kienberger, D. Charalambidis, P. Tzallas, H. Schröder, F. Krausz, Laszlo Veisz
Optica
Vol.: 5, Issue 3, pp. 237-242
DOI: 10.1364/OPTICA.5.000237