Um novo método usa redemoinhos de luz para permitir que os pesquisadores observem estados quânticos de elétrons antes invisíveis. O método foi desenvolvido por físicos da Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) e uma equipe internacional de pesquisadores. Ele promete fornecer novos insights sobre o movimento do elétron, que é crucial para a compreensão das propriedades do material, como condutividade elétrica, magnetismo, e estruturas moleculares. O laser de elétrons livres FERMI na Itália foi usado para fornecer provas experimentais e os resultados foram publicados na revista Nature Photonics .

Os microscópios ópticos deram ao mundo seu primeiro vislumbre do microcosmo de bactérias e células. Contudo, o comprimento de onda da luz limita a resolução desses microscópios. "O mundo quântico permanece invisível, "diz o Dr. Jonas Wätzel do Instituto de Física da MLU, que é membro do grupo de pesquisa liderado pelo professor Jamal Berakdar. "Em átomos, a expansão espacial das partículas quânticas, como elétrons, é muitas vezes menor que o comprimento de onda da luz, tornando a imagem usando microscopia óptica tradicional impossível. "

Contudo, a luz pode transportar uma quantidade considerável de energia. "Quando a energia de um fóton é forte o suficiente para tirar um elétron do material, é chamado de efeito fotoelétrico, "Wätzel explica. Este efeito foi previsto por Einstein. Espectrômetros podem detectar as propriedades do fotoelétron emitido. A espectroscopia de fotoelétrons é atualmente a principal ferramenta usada para analisar a estrutura eletrônica de um material." Muitos estados quânticos não são excitados por fótons e, portanto, permanecem invisíveis , "Wätzel explica.

Junto com uma equipe internacional de pesquisadores, ele desenvolveu um novo método para fornecer mais informações ao fotoelétron. Para fazer isso, os físicos combinam feixes de laser convencionais com redemoinhos de luz, os chamados vórtices ópticos. "Isso força as ondas de luz em uma via helicoidal com um momento angular. Quando elas interagem com a matéria, elétrons são ejetados e este movimento helicoidal é transmitido, "Wätzel explica. Quando isso é combinado com a espectroscopia, propriedades anteriormente invisíveis do material podem ser detectadas. Como e se o fotoelétron interage com a onda torcida de luz e começa a girar, depende muito das propriedades do material.

O experimento altamente complexo foi realizado usando o laser de elétrons livres FERMI, localizado em Trieste, Itália. "Houve excelente concordância entre as previsões teóricas e os resultados da medição, "diz Wätzel." Este método de espectroscopia abre caminho para novos insights sobre a estrutura da matéria e sua interação com a luz. Qual a aparência de uma molécula, se ele gira no sentido horário ou anti-horário, se um material pode conduzir eletricidade ou é magnético, tudo depende da estrutura eletrônica. "De fato, o método pode ser aplicado universalmente e pode ser usado em uma ampla gama de aplicações - da medicina à eletrônica e ciência dos materiais.