Prof. Dra. Birgitta Bernhardt com a configuração de medição no Departamento de Física da Universidade Técnica de Munique. Crédito:Michael Mittermair / TUM
Muitos processos químicos são executados tão rapidamente que são apenas compreendidos de forma aproximada. Para esclarecer esses processos, uma equipe da Universidade Técnica de Munique (TUM) desenvolveu agora uma metodologia com resolução de quintilionésimos de segundo. A nova tecnologia pode melhorar a compreensão de processos como a fotossíntese e contribuir para o desenvolvimento de chips de computador mais rápidos.
Uma importante etapa intermediária em muitos processos químicos é a ionização. Um exemplo típico disso é a fotossíntese. As reações levam apenas alguns femtossegundos (quatrilionésimos de segundo), ou mesmo algumas centenas de attossegundos (quintilionésimos de segundo). Porque eles são extremamente rápidos, apenas os produtos iniciais e finais são conhecidos, mas não os caminhos de reação ou os produtos intermediários.
Para observar esses processos ultrarrápidos, a ciência precisa de uma tecnologia de medição que seja mais rápida do que o próprio processo observado. A chamada "espectroscopia de bomba-sonda" torna isso possível. Aqui, a amostra é excitada usando um pulso de laser inicial, que coloca a reação em movimento. Um segundo, O pulso com retardo de tempo questiona o estado momentâneo do processo. Múltiplas repetições da reação com diferentes atrasos de tempo resultam em imagens stop-motion individuais, que pode então ser compilado em um clipe de filme.
Agora, uma equipe de cientistas liderada por Birgitta Bernhardt na TU Munich combinou duas técnicas de espectroscopia de bomba-sonda usando o criptônio de gás inerte. Isso permitiu que eles visualizassem os processos de ionização ultrarrápidos com uma precisão que antes era impossível.
Visão da câmara de medição combinando duas técnicas de espectroscopia de bomba-sonda, permitindo assim observar e controlar processos ultrarrápidos com resolução de attossegundos. Crédito:Michael Mittermair / TUM
"Antes de nosso experimento, pode-se observar qual parte da luz excitante foi absorvida pela amostra ao longo do tempo ou medir que tipo de e quantos íons foram criados no processo, "explica Bernhardt." Agora combinamos as duas técnicas, o que nos permite observar as etapas precisas pelas quais a ionização ocorre, por quanto tempo esses produtos intermediários existem e o que exatamente o pulso de laser excitante causa na amostra. "
Processos ultrarrápidos sob controle
A combinação das duas técnicas de medição permite que os cientistas registrem os processos de ionização ultrarrápidos e, graças à variação na intensidade do segundo pulso de laser de sondagem, eles também podem controlar e influenciar a dinâmica de ionização.
"Este tipo de controle é um instrumento muito poderoso, "explica Bernhardt." Se pudermos entender com precisão e até mesmo influenciar os processos de ionização rápidos, podemos aprender muito sobre os processos movidos pela luz, como a fotossíntese - especialmente sobre os momentos iniciais em que esse mecanismo complexo é colocado em movimento e que não foi compreendido até agora. "
A tecnologia desenvolvida por Bernhardt e seus colegas também é interessante para o desenvolvimento de novos, chips de computador mais rápidos, nos quais a ionização do silício desempenha um papel significativo. Se os estados de ionização do silício não podem apenas ser amostrados em uma escala de tempo tão curta, mas também pode ser definido - como sugerem os primeiros experimentos com criptônio - os cientistas podem um dia ser capazes de usar isso para desenvolver tecnologias de computador novas e ainda mais rápidas.