p Em cooperação com o Center for Nano-Optics da Georgia State University em Atlanta, cientistas do Laboratório de Física de Attosegundos do Instituto Max Planck de Óptica Quântica e do Ludwig-Maximilians-Universität fizeram simulações dos processos que acontecem quando uma camada de átomos de carbono é irradiada com forte laser. p Elétrons atingidos por fortes pulsos de laser mudam sua localização em escalas de tempo ultracurtas, ou seja, dentro de alguns attossegundos (1 como =10-18 segundos). Em cooperação com o Center for Nano-Optics da Georgia State University em Atlanta (EUA), cientistas do Laboratório de Física de Atossegundos (LAP) do Instituto Max Planck de Óptica Quântica (MPQ) e do Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) fizeram simulações de processos que ocorrem quando elétrons em uma camada de átomos de carbono interagem com fortes luz laser. O objetivo dessas simulações é obter insights sobre as interações luz-matéria no microcosmo. Uma melhor compreensão dos processos físicos subjacentes poderia levar a componentes eletrônicos acionados por ondas de luz que operariam em frequências de luz, que é cem mil vezes mais rápido do que as tecnologias de ponta. O grafeno com suas propriedades excepcionais é considerado muito adequado como um sistema de exemplo para experimentos de protótipo.

p Quanto mais perto observamos o movimento dos elétrons, melhor compreenderemos sua interação com a luz. Muitos fenômenos que surgem na matéria condensada devido à interação de luz-matéria de campo forte ainda não são totalmente compreendidos. Como os processos subjacentes ocorrem dentro de femto- ou mesmo attossegundos, é difícil acessar este cosmos intra-atômico:um femtossegundo é um milionésimo de um bilionésimo de um segundo; um attosegundo é até mil vezes mais curto. Os métodos experimentais que devem enfrentar este desafio estão em fase de desenvolvimento. Contudo, é possível investigar esses processos com o auxílio de simulações numéricas.

p A equipe de cientistas do LAP e da Georgia State University calculou o que acontece com os elétrons do grafeno interagindo com um pulso de laser intenso. O campo do laser excita e desloca elétrons, mudando assim a distribuição da densidade de carga. Durante este processo, um pulso de elétron extremamente curto é espalhado pela sonda. O mapa de difração dessas ondas de matéria reflete como a distribuição da densidade de elétrons dentro da camada de grafeno foi alterada por causa do pulso de laser.

p Essas simulações revelaram relações complexas entre a excitação dos elétrons de valência pela luz e seu movimento ultrarrápido subsequente dentro e entre os átomos de carbono na camada de grafeno. Os elétrons de valência são fracamente ligados e compartilhados entre os átomos vizinhos. Os cientistas investigaram seu movimento identificando volumes microscópicos que representam várias ligações químicas e analisando a carga elétrica contida nesses volumes. Durante um pulso de laser, há uma redistribuição significativa da cobrança; ao mesmo tempo, o deslocamento dos elétrons causado pelo campo eletromagnético do pulso do laser é muito pequeno, menos de um picômetro (10-12 m). Além disso, os cálculos mostraram que a corrente elétrica induzida pela luz tem uma distribuição microscópica não homogênea, fluindo ao longo das ligações químicas entre os átomos de carbono.

p Essas simulações devem auxiliar em novas medições ultrarrápidas de difração de elétrons. “Possivelmente detectaremos novos fenômenos, e talvez observe desvios de nossas previsões ", o líder do projeto Vladislav Yakovlev aponta. "Mas temos certeza de que alguma física fundamental está esperando para ser observada em medições em escala atômica desafiadoras, mas viáveis."