Os microscópios eletrônicos de transmissão usam feixes de elétrons em vez de fótons de luz para sondar um alvo. Eles produzem um feixe de elétrons que interage com a amostra, que é registrado por lentes e sensores de câmeras para produzir uma imagem ampliada que nunca seria possível com um microscópio óptico. Os microscópios eletrônicos ultrarrápidos têm melhorado nos últimos 20 anos com o uso de feixes pulsados de elétrons. Essas engenhocas conseguiram ver vários attossegundos de cada vez, mas a equipe liderada pelo professor da Universidade do Arizona, Mohammed Hassan, queria ir ainda mais rápido.
Crédito: Universidade do Arizona/Amee Hennig
Até recentemente, ninguém havia desenvolvido uma maneira de produzir pulsos tão curtos. A pesquisa da U of A é baseada no trabalho de Pierre Agostini, Ferenc Krausz e Anne L’Huilliere, que compartilharam o Prêmio Nobel de Física de 2023 por seu trabalho em pulsos de radiação ultrarrápidos. Esses experimentos deram início a uma corrida para produzir pulsos cada vez mais rápidos e melhores microscópios eletrônicos, o que permitiu à equipe de Hassan atingir o limite de um attossegundo.
O “atomicroscópio” é tão rápido que pode congelar um elétron no tempo, permitindo aos cientistas observar mudanças e reações à medida que acontecem, como assistir a um filme em câmera lenta. Ele faz isso produzindo pulsos de elétrons de attosegundo único. O sistema consiste em duas seções. Na parte superior do microscópio, um laser libera elétrons ultrarrápidos dentro do microscópio (o pulso da bomba). Na parte inferior, dois lasers adicionais (o pulso de disparo óptico) controlam o movimento dos elétrons em direção à amostra. Quando cuidadosamente sincronizado com o pulso da bomba, o pulso de disparo cria pequenas janelas de tempo para a passagem dos elétrons, gerando os pulsos vitais de attossegundos.
Crédito: Universidade do Arizona
Hassan compara o attomicroscópio à atualização da câmera do seu smartphone. Talvez seu telefone antigo não conseguisse capturar certas coisas, como uma criança hiperativa ou um animal de estimação. Então você ganha um novo telefone que pode capturar imagens com muito mais rapidez, e essas mesmas coisas entram em foco. É semelhante quando você tenta capturar o movimento dos elétrons, só que em velocidades muito mais altas.
“Esses movimentos acontecem em attossegundos. Mas agora, pela primeira vez, somos capazes de obter resolução temporal de attossegundos com nosso microscópio de transmissão eletrônica”, disse Hassan. “Pela primeira vez, podemos ver pedaços do elétron em movimento.” A pesquisa foi publicada na revista Avanços da Ciência.
