Attoclocks, ou relógios de attosegundos, são instrumentos que podem medir intervalos de tempo na escala de attosegundos, medindo o tempo que os elétrons levam para sair dos átomos. O procedimento attosecond foi introduzido pela primeira vez por uma equipe de pesquisa liderada por Ursula Keller em 2008.
Pesquisadores da Leibniz University Hannover, Max Born Institute e outros institutos na Europa desenvolveram recentemente um novo attoclock totalmente óptico. Este relógio, apresentado em um artigo publicado na Nature Physics , poderia ser usado para coletar medições resolvidas no tempo em sistemas de matéria condensada, o que nunca foi alcançado até agora.

"O tunelamento é um processo inerentemente da mecânica quântica e, portanto, além da nossa 'imaginação clássica'", disse Ihar Babushkin, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, ao Phys.org . "O tunelamento de elétrons para fora dos átomos acontece quando colocamos átomos em um campo elétrico muito forte. O campo pode se tornar tão forte que 'arranca' elétrons dos átomos, mas os elétrons devem passar por uma barreira antes de deixar o átomo."

O tunelamento, o processo pelo qual os elétrons deixam os átomos, acontece muito rapidamente. Alguns físicos até sugeriram que durante o tunelamento os elétrons viajam mais rápido que a luz e tentaram testar essa hipótese usando ferramentas de medição attoclock existentes.

"O tempo mais rápido atualmente que pode ser medido é de cerca de um attosegundo", explicou Babushkin. "Um attosegundo é 10 ^-18 segundos, que está relacionado a um segundo aproximadamente como um segundo à idade do universo, ou até mais."

No passado, a maioria dos pesquisadores estudava o tunelamento tentando capturar elétrons depois que eles deixavam os átomos. Embora esse método tenha levado a algumas descobertas interessantes, geralmente é muito complexo e caro de implementar, além de não examinar o tunelamento diretamente.

Em seu artigo, Babushkin e seus colegas introduziram um método alternativo para estudar o tunelamento diretamente, que também é mais barato e mais preciso do que as técnicas anteriores. Este novo método analisa especificamente a radiação liberada pelos elétrons durante o processo de tunelamento e sua dinâmica subsequente.

"Isso é possível porque o que quer que aconteça com um elétron, ele irradia alguma luz", disse Babushkin. "Nosso método é muito incomum do ponto de vista da 'intuição normal'. Suponha que você tente medir algo muito curto, como o bater das asas de uma borboleta. Para fazer isso, você precisa de um relógio que funcione mais rápido que o bater. E se você tentar usar um relógio solar antigo, que pode medir horas, mas não minutos e definitivamente não segundos? Pode parecer contra-intuitivo, mas o período das ondas de luz que alcançamos para medir as escalas de tempo de attossegundos é um bilhões (10 ⁹ ) vezes maior que attosegundo. Mas, como mostramos, isso é realmente possível!"

Essencialmente, o attoclock desenvolvido por Babushkin e seus colegas capta a luz que irradia dos elétrons à medida que deixam os átomos e mede sua polarização. Para funcionar como um 'relógio', no entanto, o forte campo elétrico que sai do átomo, também conhecido como 'campo condutor', teve que variar no tempo e ser polarizado circularmente.

"Se a luz é polarizada circularmente, o campo elétrico gira com o tempo como o ponteiro de um relógio", disse Babushkin. "Para fazer a luz irradiar na frequência mais baixa possível, precisávamos de dois componentes de frequência no campo de condução. Com isso, a resposta do elétron pode estar na faixa de terahertz (um terahertz corresponde a 10 ¹² Hertz, e um Hertz é a medida de frequência correspondente a uma oscilação por segundo)."

Em seus experimentos, os pesquisadores descobriram que, medindo a polarização da radiação terahertz emitida pelo elétron, eles poderiam acessar sua dinâmica na escala de attossegundos. Este foi um resultado inesperado, pois as escalas de tempo de terahertz e attosegundo diferem em nove ordens de magnitude.

"Como medir a polarização da luz é muito mais preciso do que medir elétrons, nosso attoclock óptico pode ser muito mais preciso do que o procedimento de attoclock usual", disse Babushkin. "Embora no presente artigo tenhamos feito uma apresentação de prova de princípio do attoclock que extrai em sua maioria as mesmas informações que o tradicional, no futuro podemos ir além de um attosegundo e medir tempos já na faixa de zeptosegundos, algo que era tão distante inexistente na física."

Os pesquisadores já usaram com sucesso seu protótipo attoclock para medir algo que nunca havia sido detectado usando o attoclock tradicional, ou seja, uma leve assimetria no processo de ionização. No futuro, eles acham que também poderia ser usado para coletar medições resolvidas no tempo em sistemas onde os elétrons não podem ser detectados, como sólidos.

Atualmente, devido aos seus altos custos de fabricação, os attoclocks só podem ser produzidos em relativamente poucos laboratórios em todo o mundo. Como o sistema criado por Babushkin e seus colegas foi construído usando componentes muito mais baratos do que aqueles que sustentam outras realizações existentes do attoclock, ele poderia finalmente permitir a coleta de medições attoclock em mais institutos em todo o mundo.

"Nosso attoclock pode ter muitas aplicações diferentes", acrescentou Babushkin. "Estamos particularmente interessados ​​em tentar aplicá-lo em sólidos. Esta é uma das direções em que o procedimento attoclock tradicional não funciona. Atualmente, os processos excitados por campos ópticos fortes em sólidos estão no limite da ciência dos attosegundos e acreditamos que nossa nova ferramenta ajudará a reunir muitas informações interessantes." + Explorar mais

Attoclock totalmente óptico para pacotes de ondas de encapsulamento de imagens

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