Microscópio com laser tira foto de elétrons em materiais cristalinos

Pesquisadores da Universidade de Rostock e do Instituto Max Planck, ambos na Alemanha, com a ajuda de cientistas da Academia Chinesa de Ciências, desenvolveram um novo tipo de microscópio óptico capaz de discernir como os elétrons são distribuídos entre os átomos nos sólidos cristalinos. Até então, havia uma limitação que impedia esse tipo de observação.

Para a desenvolver o microscópio, os pesquisadores usaram poderosos pulsos de laser para irradiar finos filmes de materiais cristalinos. Os pulsos de laser conduziram elétrons cristalinos que, ao ricochetearem em elétrons circundantes, emitiram radiação ultravioleta extrema.

Ao analisar as propriedades dessa radiação, os cientistas compuseram imagens que ilustram como a nuvem de elétrons é distribuída entre os átomos na estrutura cristalina de sólidos com uma resolução de algumas dezenas de picômetros - unidade de comprimento que corresponde a bilionésimos de milímetros.

O novo microscópio ainda está em fase de pesquisas, mas já preparou o caminho para uma nova classe de equipamentos baseados em laser para permitir que cientistas examinem detalhes do microcosmo - pequeno mundo - com uma resolução sem precedentes.

Imagem real de elétrons em material cristalino composto por fluoreto de cálcio. Imagem: Universidade de Rostock

O laser por si só já é usado há décadas para que pesquisadores possam entender o funcionamento interno do microcosmo, já que possibilita rastrear processos microscópicos ultra-rápidos dentro de sólidos. No entanto, ainda era impossível entender como os elétrons ocupam o espaço minúsculo entre os átomos nos materiais cristalinos.

Até que, para superar essa limitação, os cientistas desenvolveram um microscópio que trabalha com os tais poderosos pulsos de laser mencionados anteriormente. "Um pulso de laser poderoso pode forçar os elétrons dentro de materiais cristalinos a se tornarem os fotógrafos do espaço ao seu redor", explicou Harshit Lakhotia, pesquisador do grupo que desenvolveu o novo microscópio. "À medida que o elétron se move, ele sente o espaço ao seu redor, assim como seu carro sente a superfície irregular de uma estrada esburacada", continuou.

Batizado de Picoscópio, o microscópio permite que o pulso de laser, ao penetrar no interior de um material cristalino, mova os elétrons ali presentes. "Ao registrar e analisar as propriedades dessa radiação, podemos deduzir a forma desses inchaços diminutos e podemos desenhar figuras que mostram onde a densidade de elétrons no cristal é alto ou baixo", contou Hee-Yong Kim, outro cientista do grupo. "A picoscopia a laser combina a capacidade de espiar a maior parte dos materiais, como raios-X, e a de sondar elétrons de valência”, acrescentou.

Agora, o grupo de cientistas está trabalhando para desenvolver a tecnologia com mais precisão, a fim de que o Picoscópio passe a sondar, também, elétrons em três dimensões. "Como a picicoscopia a laser pode ser facilmente combinada com técnicas de laser resolvidas no tempo, em breve poderá ser possível gravar filmes reais de elétrons em materiais. Esse é um objetivo há muito procurado em ciências ultra-rápidas e microscopias da matéria", disse Eleftherios Goulielmakis, professor e responsável por comandar a pesquisa.

Via: Phys.org