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    Pesquisadores demonstram aumento de attossegundo para microscopia eletrônica

    (esquerda) Uma olhada dentro de um microscópio eletrônico de transmissão de attossegundo. (direita) Um laser de onda contínua (vermelho) se cruza com um feixe de elétrons (azul) em uma membrana. A luz do laser agrupa os elétrons (wavelet azul) em um trem de pulso de attossegundo (wavelet modulada). Crédito:(à esquerda) Andrey Ryabov, LMU Munich; (à direita) Mikhail Volkov, Universidade de Constança

    Uma equipe de físicos da Universidade de Konstanz e Ludwig-Maximilians-Universität München na Alemanha alcançou a resolução de attossegundo em um microscópio eletrônico de transmissão, combinando-o com um laser de onda contínua - oferecendo novos insights sobre as interações luz-matéria.

    Os microscópios eletrônicos fornecem uma visão profunda dos menores detalhes da matéria e podem revelar, por exemplo, a configuração atômica dos materiais, a estrutura das proteínas ou a forma das partículas virais. Contudo, a maioria dos materiais na natureza não são estáticos e, em vez disso, interagem, mover e remodelar o tempo todo. Um dos fenômenos mais comuns é a interação entre luz e matéria, que é onipresente em plantas, bem como em componentes ópticos, células solares, monitores ou lasers. Essas interações - que são definidas por elétrons sendo movidos pelos ciclos de campo de uma onda de luz - acontecem em escalas de tempo ultrarrápidas de femtossegundos (10 -15 segundos) ou mesmo attosegundos (10 -18 segundos, um bilionésimo de um bilionésimo de um segundo). Embora a microscopia eletrônica ultrarrápida possa fornecer algumas informações sobre os processos de femtossegundos, não tem sido possível, até agora, para visualizar a dinâmica de reação da luz e da matéria ocorrendo em velocidades de attossegundos.

    Agora, uma equipe de físicos da Universidade de Konstanz e Ludwig-Maximilians-Universität München conseguiu combinar um microscópio eletrônico de transmissão com um laser de onda contínua para criar um microscópio eletrônico de attossegundo prototípico (A-TEM). Os resultados são relatados na última edição da Science Advances.

    Modulando o feixe de elétrons

    "Fenômenos básicos em óptica, nanofotônicos ou metamateriais acontecem em tempos de attossegundo, mais curto do que um ciclo de luz, "explica o professor Peter Baum, autor principal do estudo e chefe do grupo de pesquisa Light and Matter do Departamento de Física da Universidade de Konstanz. "Ser capaz de visualizar interações ultrarrápidas entre a luz e a matéria requer uma resolução de tempo abaixo do período de oscilação da luz." Os microscópios eletrônicos de transmissão convencionais usam um feixe de elétrons contínuo para iluminar um espécime e criar uma imagem. Para alcançar a resolução de attossegundo tempo, a equipe liderada por Baum usa as oscilações rápidas de um laser de onda contínua para modular o feixe de elétrons dentro do microscópio no tempo.

    Pulsos de elétrons ultracurtos

    A chave para sua abordagem experimental é uma membrana fina que os pesquisadores usam para quebrar a simetria dos ciclos ópticos da onda do laser. Isso faz com que os elétrons acelerem e desacelerem em rápida sucessão. "Como resultado, o feixe de elétrons dentro do microscópio eletrônico é transformado em uma série de pulsos de elétrons ultracurtos, mais curto do que meio ciclo óptico da luz laser, "diz o primeiro autor, Andrey Ryabov, pesquisador de pós-doutorado no estudo. Outra onda de laser, que é separado do primeiro, é usado para excitar um fenômeno óptico em um espécime de interesse. Os pulsos de elétrons ultracurtos então sondam a amostra e sua reação à luz do laser. Ao escanear o atraso óptico entre as duas ondas de laser, os pesquisadores são então capazes de obter imagens com resolução de attossegundo da dinâmica eletromagnética dentro do espécime.

    Modificações simples, grande impacto

    "A principal vantagem do nosso método é que podemos usar o feixe de elétrons contínuo disponível dentro do microscópio eletrônico, em vez de ter que modificar a fonte de elétrons. Isso significa que temos um milhão de vezes mais elétrons por segundo, basicamente o brilho total da fonte, que é a chave para qualquer aplicação prática, "continua Ryabov. Outra vantagem é que as modificações técnicas necessárias são bastante simples e não requerem modificações do canhão de elétrons.

    Como resultado, agora é possível alcançar a resolução de attossegundo em uma ampla gama de técnicas de imagem do espaço-tempo, como holografia resolvida no tempo, microscopia eletrônica de forma de onda ou espectroscopia eletrônica assistida por laser, entre outros. A longo prazo, a microscopia eletrônica de attosecond pode ajudar a descobrir as origens atomísticas das interações luz-matéria em materiais complexos e substâncias biológicas.

    O estudo é publicado em Avanços da Ciência .


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