p A operação de componentes para futuros computadores agora pode ser filmada em qualidade HD, por assim dizer. Manish Garg e Klaus Kern, pesquisadores do Instituto Max Planck para Pesquisa do Estado Sólido em Stuttgart, desenvolveram um microscópio para os processos extremamente rápidos que ocorrem na escala quântica. Este microscópio - uma espécie de câmera HD para o mundo quântico - permite o rastreamento preciso dos movimentos do elétron até o átomo individual. Deve, portanto, fornecer informações úteis quando se trata de desenvolver componentes eletrônicos extremamente rápidos e extremamente pequenos, por exemplo. p Os processos que ocorrem no mundo quântico representam um desafio até mesmo para o mais experiente dos físicos. Por exemplo, as coisas que acontecem dentro dos componentes cada vez mais poderosos dos computadores ou smartphones não só acontecem com extrema rapidez, mas também em um espaço cada vez menor. Quando se trata de analisar esses processos e otimizar transistores, por exemplo, vídeos dos elétrons seriam de grande benefício para os físicos. Para alcançar isto, os pesquisadores precisam de uma câmera de alta velocidade que exponha cada quadro desse "vídeo eletrônico" por apenas algumas centenas de attossegundos. Um attosegundo é um bilionésimo de um bilionésimo de um segundo; naquele tempo, a luz só pode viajar pelo comprimento de uma molécula de água. Por vários anos, os físicos têm usado pulsos de laser de comprimento suficientemente curto como uma câmera de attossegundo.

p No passado, Contudo, uma imagem de attossegundo exibia apenas um instantâneo de um elétron contra o que era essencialmente um fundo desfocado. Agora, graças ao trabalho de Klaus Kern, Diretor do Instituto Max Planck para Pesquisa de Estado Sólido, e Manish Garg, um cientista do Departamento de Kern, os pesquisadores agora também podem identificar precisamente onde o elétron filmado está localizado até o átomo individual.

p Pulsos de laser ultracurtos combinados com um microscópio de tunelamento de varredura

p Para fazer isso, os dois físicos usam pulsos de laser ultracurtos em conjunto com um microscópio de tunelamento de varredura. O último atinge resolução em escala atômica ao escanear uma superfície com uma ponta que, idealmente, é composta de apenas um único átomo. Túnel de elétrons entre a ponta e a superfície, isto é, eles cruzam o espaço intermediário, embora, na verdade, não tenham energia suficiente para fazê-lo. Como a eficácia deste processo de tunelamento depende fortemente da distância que os elétrons têm que viajar, pode ser usado para medir o espaço entre a ponta e uma amostra e, portanto, para representar até átomos e moléculas individuais em uma superfície. Até agora, Contudo, microscópios de tunelamento de varredura não alcançaram resolução temporal suficiente para rastrear elétrons.

p "Ao combinar um microscópio de tunelamento de varredura com pulsos ultrarrápidos, era fácil usar as vantagens dos dois métodos para compensar suas respectivas desvantagens, "diz Manish Garg. Os pesquisadores disparam esses pulsos extremamente curtos de luz na ponta do microscópio - que é posicionada com precisão atômica - para acionar o processo de tunelamento. Como resultado, esta câmera de alta velocidade para o mundo quântico agora também pode alcançar resolução HD.

p Abrindo caminho para a eletrônica de ondas de luz, que é milhões de vezes mais rápido

p Com a nova técnica, os físicos agora podem medir exatamente onde os elétrons estão em um momento específico até o átomo individual e com uma precisão de algumas centenas de attossegundos. Por exemplo, isso pode ser usado em moléculas que tiveram um elétron catapultado para fora delas por um pulso de luz de alta energia, levando os portadores de carga negativa restantes a se reorganizarem e possivelmente fazendo com que a molécula entre em uma reação química com outra molécula. "Filmar elétrons em moléculas vivas, e em sua escala natural espacial e temporal, é vital para entender a reatividade química, por exemplo, e a conversão da energia da luz dentro de partículas carregadas, como elétrons ou íons, "diz Klaus Kern, Diretor do Instituto Max Planck de Pesquisa do Estado Sólido.

p Além disso, a técnica não só permite aos pesquisadores rastrear o caminho dos elétrons através dos processadores e chips do futuro, mas também pode levar a uma aceleração dramática dos portadores de carga:"Nos computadores de hoje, elétrons oscilam a uma frequência de um bilhão de hertz, "diz Klaus Kern." Usando pulsos de luz ultracurtos, pode ser possível aumentar sua frequência para um trilhão de hertz. "Com este turbo booster para ondas de luz, pesquisadores poderiam abrir caminho para a eletrônica de ondas de luz, que é milhões de vezes mais rápido do que os computadores atuais. Portanto, o microscópio ultrarrápido não apenas filma processos no mundo quântico, mas também atua como Diretor, interferindo nesses processos.