Os físicos da Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) entraram em um novo território no que diz respeito à pulsação de feixes de elétrons. Seu método poderia em breve ser usado para desenvolver microscópios eletrônicos adequados para escalas de tempo ultracurtas, como as necessárias para observar o movimento dos átomos.

Os microscópios eletrônicos abriram um mundo totalmente novo para os pesquisadores:dispositivos de varredura e transmissão de última geração podem agora até gerar imagens de átomos individuais. Apesar de atingir essa resolução extremamente alta, operar com um feixe de elétrons constante tem suas desvantagens. Reações ultrarrápidas, como a quebra de ligações químicas ou vibrações de átomos, não pode ser criada com este método. Por causa desse problema, microscópios foram desenvolvidos nos últimos anos que usam feixes de elétrons pulsados. "Isso pode ser comparado a um estroboscópio que captura o movimento do objeto de teste usando uma sequência rápida de flashes, "explica o professor Peter Hommelhoff, Cadeira de Física do Laser da FAU. "Este princípio agora foi aplicado aos pulsos de elétrons."

Elétrons controlados por laser

O desafio particular aqui é gerar pulsos que sejam os mais curtos possíveis - como 'pacotes' de elétrons com comprimentos mais curtos reduzem a escala de tempo em que os movimentos atômicos podem ser visualizados. Usando um laser para manipular um fluxo de elétrons, eles conseguiram produzir pacotes de elétrons com um comprimento de 1,3 femtossegundos - um femtossegundo é equivalente a um milionésimo de um bilionésimo de segundo. Para alcançar isto, os físicos tiveram que direcionar um feixe de elétrons sobre a superfície de uma rede de silício, onde eles sobrepuseram o campo óptico de pulsos de laser a ele em duas seções. Dr. Martin Kozák, membro da equipe de Hommelhoff e principal autor do estudo, explica:“Usamos o laser para controlar a frequência do campo periódico e sincronizá-lo com a velocidade dos elétrons. Isso permite que os elétrons ganhem ou percam energia, e podemos gerar pacotes ultracurtos a partir de um feixe contínuo. "

Pulsos na faixa de attossegundos possíveis

Além dessa aceleração e desaceleração controladas, os físicos da FAU conseguiram desviar lateralmente os elétrons de uma rede de silício em ângulo usando pulsos de laser. Os elétrons são desviados em uma direção ou outra, dependendo exatamente de quando eles interagem com o campo de laser. Este método de detecção também é usado em câmeras de streak, que já alcançaram resoluções na faixa do femtossegundo. O método desenvolvido em Erlangen realmente alcançará resoluções temporais na faixa de attossegundos ou um bilionésimo de um bilionésimo de um segundo. Uma aplicação em que câmeras streak são usadas é observar a propagação da luz.