Camadas empilhadas de grafeno podem agir como um espelho para feixes de elétrons. Os físicos Daniël Geelen e colegas descobriram isso usando um novo tipo de microscópio eletrônico. Em um artigo na Physical Review Letters, eles descrevem seus resultados, o que poderia levar ao desenvolvimento de óptica para feixes de elétrons em vez de luz.

Geelen e colegas de trabalho apelidaram a nova técnica de "eV-TEM". É uma nova variação do microscópio eletrônico, que visa feixes de elétrons em uma amostra, a fim de obtê-la.

Elétrons de baixa energia

De acordo com a mecânica quântica, elétrons são ondas, assim como a luz visível é, mas o comprimento de onda é muito mais curto. Por causa disso, detalhes muito menores podem ser visualizados em comparação com um microscópio de luz. Contudo, o ataque de elétrons geralmente danifica a amostra no longo prazo.

Esta é uma das razões pelas quais Daniël Geelen, Johannes Jobst, Sense Jan van der Molen e Rudolf Tromp usam elétrons lentos, carregando baixas energias de vários elétron-volts (eV, portanto, 'eV-TEM') em vez das dezenas ou centenas de milhares de elétron-volts usuais.

Elétrons no grafeno

Desde 2010, o grupo opera um LEEM (microscópio eletrônico de baixa energia) desenvolvido pela Tromp na IBM, que imagens os elétrons refletidos. Geelen aprimorou o aparelho com a possibilidade de gerar imagens dos elétrons que passam pela amostra, a transmissão." Isso transforma o aparelho em um microscópio eletrônico de transmissão (eV-TEM).

O primeiro material investigado é o grafeno, a variedade de carbono em uma superfície plana, padrão molecular hexagonal bidimensional semelhante a tela de arame. Os pesquisadores dispararam elétrons lentos em um único, camadas duplas e triplas de grafeno, e fotografei a transmissão.

"Tem havido muita pesquisa sobre como os elétrons se comportam dentro das camadas de grafeno, mas muito menos em como eles se movem através das camadas, "diz Sense Jan van der Molen.

Testando a teoria

Um modelo teórico dos anos setenta prevê que elétrons lentos podem passar por camadas finas facilmente, já que dificilmente irão interagir com os elétrons dentro dessas camadas. Então, quando a energia e a velocidade dos elétrons aumentam, espera-se que o número de interações aumente, o que resultaria em cada vez menos elétrons passando pela amostra. Esta 'curva universal' deve manter, independentemente do material exato da amostra.

Os físicos de Leiden, no entanto, notei algo muito diferente. Em energias elétricas específicas, eles medem diminuições acentuadas na transmissão, que correspondem a picos na reflexão. "Para elétrons com certas energias, o grafeno atua como um espelho, "diz Van der Molen.

Grafeno mirorring

No artigo, os pesquisadores fornecem uma explicação:os elétrons são ondas. Em certos comprimentos de onda, as ondas refletidas em camadas separadas de grafeno se reforçam mutuamente. Essa 'interferência construtiva' faz com que a pilha de camadas de grafeno atue como um espelho para os elétrons.

Um efeito semelhante é visível na tonalidade esverdeada ou arroxeada de um revestimento anti-reflexo em óculos ou binóculos. Eles também consistem em camadas, que causam interferência construtiva para luz verde ou roxa.

O espelhamento dependente do comprimento de onda prova que amostras finas não agem de forma tão previsível e independente do material exato como esperado, diz Johannes Jobst. "Esses resultados dependem fortemente da estrutura de elétrons do material, e na energia do elétron. "

Adicionalmente, a pesquisa sugere a possibilidade de usar grafeno em camadas como espelhos para feixes de elétrons. "Pode ser possível usá-los como divisores de feixe, "diz Tromp.

Camadas finas menos preditivas

Esses divisores de feixe, que divide um único feixe de entrada em dois feixes separados, são dispositivos padrão muito usados ​​em óptica de luz, mas eles não existem para feixes de elétrons ainda. Camadas finas de grafeno talvez pudessem preencher essa lacuna. Mas primeiro, os pesquisadores gostariam de obter imagens de outros materiais. Van der Molen:"Isso permite pesquisas fundamentalmente novas, em materiais em camadas, e também em biomoléculas sensíveis que seriam danificadas em um microscópio eletrônico normal. "