Análise de movimento de elétrons em nanoescala usando pulsos de luz avançados

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Análise do movimento de elétrons em nanoescala usando pulsos de luz avançados

por Robert Schreiber

Oldenburg, Alemanha (SPX) 10 de janeiro de 2024

Pesquisadores da Suécia e da Alemanha, incluindo o Dr. Jan Vogelsang, da Universidade de Oldenburg, fizeram avanços significativos no estudo da dinâmica de elétrons ultrarrápidos. Seu trabalho, que rastreou o movimento dos elétrons na superfície dos cristais de óxido de zinco com resolução espacial e temporal sem precedentes, marca um avanço notável na área.

Esta investigação, parte do domínio em rápida evolução da dinâmica eletrônica ultrarrápida, empregou pulsos de laser para observar o movimento dos elétrons dentro dos nanomateriais. Os experimentos da equipe, detalhados na revista científica Advanced Physics Research, demonstram o potencial de sua abordagem na compreensão do comportamento dos elétrons em aplicações que vão desde nanomateriais até novas tecnologias de células solares.

Central para seu sucesso foi a combinação inovadora de microscopia eletrônica de fotoemissão (PEEM) e tecnologia de física de attossegundos. PEEM, uma técnica usada para examinar superfícies de materiais, foi combinada com pulsos de luz de duração extremamente curta, semelhante ao uso de um flash de alta velocidade em fotografia, para excitar e subsequentemente rastrear elétrons. “O processo é muito parecido com um flash capturando um movimento rápido na fotografia”, elucidou o Dr.

Um dos principais desafios neste campo tem sido alcançar a precisão temporal necessária para observar esses movimentos incrivelmente rápidos dos elétrons. Os elétrons, significativamente menores e mais rápidos que os núcleos atômicos, requerem técnicas de medição excepcionalmente rápidas. A integração do PEEM com a microscopia de attossegundos, sem sacrificar a resolução espacial ou temporal, foi uma conquista fundamental. Vogelsang expressou o avanço da equipe: “Agora finalmente chegamos ao ponto em que podemos usar pulsos de attossegundos para investigar detalhadamente a interação da luz e da matéria no nível atômico e em nanoestruturas”.

A abordagem experimental da equipe se beneficiou muito de uma fonte de luz de alta potência, capaz de gerar flashes de 200,000 attossegundos por segundo. Esta frequência permitiu a liberação de elétrons individuais da superfície do cristal, permitindo um estudo imperturbado de seu comportamento. “Quanto mais pulsos por segundo você gerar, mais fácil será extrair um pequeno sinal de medição de um conjunto de dados”, observou o Dr. Vogelsang, destacando a importância dessa capacidade tecnológica.

A pesquisa foi conduzida no laboratório da Universidade de Lund, na Suécia, liderada pela professora Dra. Anne L’Huillier, uma física renomada e uma das três ganhadoras do Nobel de física no ano anterior. O laboratório da Universidade de Lund está entre os poucos no mundo equipados para experiências tão avançadas.

Dr. Vogelsang, que anteriormente trabalhou como pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Lund, está atualmente estabelecendo um laboratório semelhante na Universidade de Oldenburg. A colaboração entre estas duas instituições deverá continuar, com planos para explorar o comportamento dos electrões em vários materiais e nanoestruturas.

Desde 2022, o Dr. Vogelsang lidera o grupo de pesquisa de microscopia de attosegundo na Universidade de Oldenburg, apoiado pelo Programa Emmy Noether da Fundação Alemã de Pesquisa. Esta iniciativa reflete o compromisso da Alemanha em promover a investigação científica de ponta.

Relatório de pesquisa:Microscopia eletrônica de fotoemissão resolvida no tempo em uma superfície de ZnO usando um par de pulsos ultravioleta extremo de attossegundos

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