Em um microscópio eletrônico, elétrons são emitidos por pontas de metal pontiagudas, para que possam ser dirigidos e controlados com alta precisão. Recentemente, essas pontas de metal também têm sido usadas como fontes de elétrons de alta precisão para a geração de raios-X. Uma equipe de pesquisadores da TU Wien (Viena), junto com colegas da FAU Erlangen-Nürnberg (Alemanha), desenvolveram um método de controlar as emissões de elétrons com maior precisão do que nunca. Com a ajuda de dois pulsos de laser, agora é possível ligar e desligar o fluxo de elétrons em escalas de tempo extremamente curtas.

É apenas a ponta da agulha

"A ideia básica se assemelha a um pára-raios, "diz Christoph Lemell (TU Wien)." O campo elétrico em torno de uma agulha é sempre mais forte logo na ponta. É por isso que o raio sempre atinge a ponta de uma haste, E pela mesma razão, elétrons deixam uma agulha bem na ponta. "

Agulhas extremamente pontudas podem ser fabricadas com os métodos da nanotecnologia moderna. A ponta deles tem apenas alguns nanômetros de largura, portanto, o ponto em que os elétrons são emitidos é conhecido com uma precisão muito alta. Além disso, também é importante controlar em que ponto no tempo os elétrons são emitidos.

Este tipo de controle temporal agora se tornou possível usando uma nova abordagem:"Dois pulsos de laser diferentes são disparados na ponta de metal, "explica Florian Libisch (TU Wien). As cores desses dois lasers são escolhidas de forma que os fótons de um laser tenham exatamente o dobro da energia dos fótons do outro laser. é importante garantir que ambas as ondas de luz oscilem em perfeita sincronia.

Com a ajuda de simulações de computador, a equipe da TU Wien foi capaz de prever que um pequeno intervalo de tempo entre os dois pulsos de laser pode servir como uma "chave" para a emissão de elétrons. Esta previsão foi agora confirmada por experimentos realizados pelo grupo de pesquisa do professor Peter Hommelhoff na FAU Erlangen-Nürnberg. Com base nesses experimentos, agora é possível entender o processo em detalhes.

Absorvendo fótons

Quando um pulso de laser é disparado na ponta de metal, seu campo elétrico pode arrancar elétrons do metal - esse é um fenômeno bem conhecido. A nova ideia é que uma combinação de dois lasers diferentes pode ser usada para controlar a emissão de elétrons em uma escala de tempo de femtossegundo.

Existem diferentes maneiras pelas quais um elétron pode ganhar energia suficiente para deixar a ponta de metal:ele pode absorver dois fótons do laser de alta energia ou quatro fótons do laser de baixa energia. Ambos os mecanismos levam ao mesmo resultado. "Muito parecido com uma partícula em um experimento de dupla fenda, que viaja em dois caminhos diferentes ao mesmo tempo, o elétron pode participar de dois processos diferentes ao mesmo tempo, "diz o professor Joachim Burgdörfer (TU Wien)." A natureza não tem que escolher uma das duas possibilidades - ambas são igualmente reais e interferem mutuamente. "

Ajustando cuidadosamente os dois lasers, é possível controlar se os dois processos físicos quânticos se amplificam, o que leva a um aumento da emissão de elétrons, ou se eles se cancelam, o que significa que quase nenhum elétron é emitido. Esta é uma maneira simples e eficaz de controlar a emissão de elétrons.

Não é apenas um novo método de realizar experimentos com elétrons de alta energia, a nova tecnologia deve abrir a porta para a geração controlada de raios-X. "Fontes inovadoras de raios-X já estão sendo construídas usando matrizes de pontas estreitas de metal como fontes de elétrons, "diz Lemell." Com nosso novo método, essas nano pontas poderiam ser acionadas exatamente da maneira certa para que a radiação de raios-X coerente fosse produzida. "