Cientistas descobrem estatísticas estranhas de elétrons ejetados por luz quântica intensa
Impressão artística de elétrons emitidos pela ponta de uma agulha de metal, acionados por uma fonte de luz não clássica (roxo) e clássica (azul). Crédito:Stefan Meier As distribuições do número de fótons de várias fontes de luz foram estudadas extensivamente. Porém, pouco se sabe sobre a distribuição estatística dos elétrons emitidos sob o efeito da luz intensa.
Pesquisadores do Instituto Max Planck para a Ciência da Luz (MPL) e da Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) descobriram agora eventos estatísticos extremos e altamente incomuns em distribuições de números de elétrons obtidas quando pontas de agulhas de metal de tamanho nanométrico são iluminadas com pulsos ultracurtos de luz quântica brilhante.
Os resultados, publicados recentemente na revista Nature Physics , comprovam que o número de elétrons é influenciado pelas estatísticas de luz e contribui para uma compreensão mais profunda do processo de emissão de elétrons. Essas descobertas ajudarão a melhorar ainda mais os microscópios eletrônicos.
Em um projeto colaborativo, equipes lideradas pela Prof. Maria Chekhova do MPL e pelo Prof. Peter Hommelhoff da FAU estão investigando como a luz quântica extremamente forte pode interagir com a matéria. Os pesquisadores estão iluminando pontas de agulhas de metal de tamanho nanométrico com pulsos de luz clássica e luz quântica. Eles detectam os elétrons liberados do metal e estudam suas propriedades estatísticas.
Os elétrons desencadeados pela luz clássica seguem uma distribuição Poissoniana, o que significa que cada elétron é emitido independentemente dos demais. O número de elétrons emitidos sob o efeito da luz clássica varia apenas ligeiramente de pulso para pulso. Ao passar para uma fonte de luz quântica, o chamado vácuo comprimido brilhante, que apresenta fortes flutuações no número de fótons, os pesquisadores conseguiram mostrar que as estatísticas dos fótons podem ser transferidas para os elétrons.
Usando um vácuo comprimido brilhante, os cientistas foram capazes de medir eventos estatísticos extremos com até 65 elétrons de um pulso de luz, com um valor médio de 0,27 elétrons por pulso. No caso das estatísticas Poissonianas, a probabilidade de tal evento – um valor discrepante excedendo a média por um fator de 240 – seria tão baixa quanto 10
-128
. Ao alterar o número de modos do vácuo comprimido, os cientistas poderiam adaptar a distribuição do número de elétrons conforme a demanda.
Configuração óptica para geração de vácuo comprimido brilhante. Crédito:Tanya Chekhova
“Nossos resultados mostram que as estatísticas dos fótons são impressas a partir da luz motriz nos elétrons emitidos, abrindo a porta para novos dispositivos sensores e óptica de campo forte com luz quântica e elétrons”, diz Maria Chekhova, líder do grupo de pesquisa no MPL.
Para ilustrar as dimensões com um exemplo da vida cotidiana, Jonas Heimerl, Ph.D. estudante, explica:"Se você espalhar passas em muffins, a probabilidade de encontrar um certo número de passas no muffin segue uma distribuição de Poisson. Suponhamos que haja uma média (média) de duas passas por muffin. Portanto, pode acontecer que não há passas ou cinco passas no muffin, mas na maioria dos casos haverá duas. No entanto, a probabilidade de obter mais de 50 passas é impossível com uma distribuição de Poisson.
Os eventos multieletrônicos observados nesses experimentos foram como encontrar 480 passas em um único muffin – o que definitivamente deixaria feliz qualquer amante de passas.
