Nossa capacidade de formar imagens do universo subatômico não é limitada apenas pela resolução, mas também pela velocidade. As partículas que compõem os átomos - e aquelas que escapam deles - podem, em teoria, atingir velocidades próximas à da luz.
Na prática, elas muitas vezes se deslocam bem mais devagar; ainda assim, esses ritmos continuam rápidos demais para a visão humana - e até para boa parte da tecnologia - acompanharem. Por isso, observar como os elétrons se comportam sempre foi um desafio. Agora, porém, uma nova técnica de imageamento em microscopia permitiu que cientistas os registrem em movimento, em tempo real.
Attomicroscopia: elétrons em movimento, em tempo real
O avanço veio de uma equipa de físicos da University of Arizona, em Tucson, liderada por Dandan Hui e Husain Alqattan. A abordagem consegue captar imagens em escalas de attossegundos - um quintilionésimo de segundo. Eles batizaram o método de attomicroscopia.
"A melhoria da resolução temporal dentro de microscópios eletrônicos é esperada há muito tempo e tem sido o foco de muitos grupos de pesquisa, porque todos queremos ver o movimento do elétron", diz o físico Mohammed Hassan, da University of Arizona, em Tucson.
"Esses movimentos acontecem em attossegundos. Mas agora, pela primeira vez, conseguimos obter resolução temporal em attossegundos com nosso microscópio eletrônico de transmissão - e cunhamos o termo 'attomicroscopia'. Pela primeira vez, podemos ver partes do elétron em movimento."
Como funciona a microscopia eletrônica de transmissão (TEM)
A microscopia eletrônica de transmissão, ou TEM (do inglês transmission electron microscopy), é uma técnica voltada a gerar imagens das menores estruturas do mundo físico. Em vez de luz, ela usa elétrons para formar a imagem. Um feixe de elétrons atravessa uma amostra de material; a imagem surge da interação entre esses elétrons e a amostra. Um exemplo típico é uma imagem de TEM de um glóbulo branco.
Em vez de depender da “velocidade do obturador” de uma câmara convencional, o TEM se apoia na duração dos pulsos de laser que comandam a transmissão dos elétrons. Quanto menor (mais rápido) for o pulso do laser, melhor tende a ser a imagem obtida. Assim, para elevar a qualidade do imageamento, o caminho passa por desenvolver lasers capazes de emitir pulsos cada vez mais curtos.
Até aqui, os lasers usados no TEM já tinham alcançado durações de alguns attossegundos, liberadas como um “trem” de pulsos - algo parecido com uma breve rajada de estática.
Esse feito é extraordinário, digno de Prémio Nobel; o problema é que, embora ele produza uma sequência de imagens, os elétrons se movem um pouco mais rápido. Com isso, as alterações do elétron que ocorrem entre um pulso e outro acabam não sendo registradas.
O truque dos três pulsos para chegar a 1 attossegundo
Os pesquisadores queriam descobrir se seria possível reduzir a duração efetiva do feixe pulsado para apenas um attossegundo - no ritmo em que os elétrons do feixe se deslocam - permitindo que o TEM os capturasse como num “congelamento” de imagem.
A virada aconteceu ao dividir o pulso em três componentes: dois pulsos de luz e um pulso de elétrons. O primeiro pulso luminoso recebe o nome de pulso de bombeamento (pump). Ele injeta energia numa amostra de grafeno, fazendo com que os elétrons se agitem.
Depois vem o segundo pulso de luz, chamado de pulso de porta (gate), que cria uma “porta” ou janela de tempo. Enquanto essa janela está “aberta”, um único pulso de elétrons, com duração de um attossegundo, é disparado contra a amostra - e os processos subatômicos nessa escala ultrarrápida são capturados.
O resultado é um mapa preciso da dinâmica eletrônica - um mapeamento que abre caminho para novos estudos sobre como essas partículas fundamentais se comportam.
"Esse microscópio eletrônico de transmissão é como uma câmara muito poderosa na versão mais recente dos smartphones; ele nos permite fotografar coisas que antes não conseguíamos ver - como elétrons", afirma Hassan.
"Com esse microscópio, esperamos que a comunidade científica possa entender a física quântica por trás de como um elétron se comporta e como um elétron se move."
A pesquisa foi publicada na Science Advances.
Comentários
Ainda não há comentários. Seja o primeiro!
Deixar um comentário