doi.org/10.1126/sciadv.adp5805
Credibilidade: 999
#Microscópio
Pesquisadores da Universidade do Arizona desenvolveram uma técnica de ‘atomicroscopia’ usando um novo microscópio eletrônico ultrarrápido que captura elétrons em movimento com detalhes sem precedentes, abrindo caminho para avanços científicos significativos na física e em outros campos
Imagine ter uma câmera tão avançada que pode capturar imagens congeladas de um objeto eletrônico em movimento tão rápido que poderia orbitar a Terra várias vezes em apenas um segundo. Pesquisadores da Universidade do Arizona desenvolveram o microscópio eletrônico mais rápido do mundo, capaz desse feito notável.
Eles acreditam que seu trabalho levará a avanços inovadores em física, química, bioengenharia, ciências dos materiais e muito mais.
“Quando você obtém a versão mais recente de um smartphone, ele vem com uma câmera melhor”, disse Mohammed Hassan, professor associado de física e ciências ópticas. “Este microscópio eletrônico de transmissão é como uma câmera muito poderosa na versão mais recente dos smartphones; ele nos permite tirar fotos de coisas que não conseguíamos ver antes – como elétrons. Com este 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.”
Hassan liderou uma equipe de pesquisadores nos departamentos de física e ciências ópticas que publicaram a pesquisa no periódico Science Advances.
A funcionalidade dos microscópios eletrônicos de transmissão
Um microscópio eletrônico de transmissão é uma ferramenta usada por cientistas e pesquisadores para ampliar objetos até milhões de vezes seu tamanho real para ver detalhes muito pequenos para um microscópio de luz tradicional detectar. Em vez de usar luz visível, um microscópio eletrônico de transmissão direciona feixes de elétrons através de qualquer amostra que esteja sendo estudada. A interação entre os elétrons e a amostra é capturada por lentes e detectada por um sensor de câmera para gerar imagens detalhadas da amostra.
Os microscópios eletrônicos ultrarrápidos que usam esses princípios foram desenvolvidos pela primeira vez na década de 2000 e usam um laser para gerar feixes pulsados “”de elétrons. Essa técnica aumenta muito a resolução temporal de um microscópio – sua capacidade de medir e observar mudanças em uma amostra ao longo do tempo. Nesses microscópios ultrarrápidos, em vez de depender da velocidade do obturador de uma câmera para ditar a qualidade da imagem, a resolução de um microscópio eletrônico de transmissão é determinada pela duração dos pulsos de elétrons.
Quanto mais rápido o pulso, melhor a imagem
Microscópios eletrônicos ultrarrápidos operavam anteriormente emitindo uma sequência de pulsos de elétrons a velocidades de alguns attossegundos. Um attossegundo é um quintilionésimo de segundo. Pulsos nessas velocidades criam uma série de imagens, como quadros em um filme – mas os cientistas ainda estavam perdendo as reações e mudanças em um elétron que ocorrem entre esses quadros à medida que ele evolui em tempo real. Para ver um elétron congelado no lugar, os pesquisadores da U of A, pela primeira vez, geraram um único pulso de elétron de attossegundo, que é tão rápido quanto os elétrons se movem, aumentando assim a resolução temporal do microscópio, como uma câmera de alta velocidade capturando movimentos que de outra forma seriam invisíveis.
Implicações e pesquisas futuras:
Hassan e seus colegas basearam seu trabalho nas realizações ganhadoras do Prêmio Nobel de Pierre Agostini, Ferenc Krausz e Anne L’Huilliere, que ganharam o Prêmio de Novela em Física em 2023 após gerar o primeiro pulso de radiação ultravioleta extrema tão curto que poderia ser medido em attossegundos.
Usando esse trabalho como um trampolim, pesquisadores da U of A desenvolveram um microscópio no qual um laser poderoso é dividido e convertido em duas partes – um pulso de elétron muito rápido e dois pulsos de luz ultracurtos. O primeiro pulso de luz, conhecido como pulso de bombeamento, alimenta uma amostra com energia e faz com que os elétrons se movam ou sofram outras mudanças rápidas. O segundo pulso de luz, também chamado de “pulso de gating óptico”, atua como um gate, criando uma breve janela de tempo na qual o pulso de elétron de attossegundo único gated é gerado. A velocidade do pulso de gating, portanto, determina a resolução da imagem. Ao sincronizar cuidadosamente os dois pulsos, os pesquisadores controlam quando os pulsos de elétrons sondam a amostra para observar processos ultrarrápidos no nível atômico.
“A melhoria da resolução temporal dentro dos microscópios eletrônicos foi antecipada há muito tempo e o foco de muitos grupos de pesquisa – porque todos nós queremos ver o movimento dos elétrons,” disse Hassan. “Esses movimentos acontecem em attosegundos.
Mas agora, pela primeira vez, somos capazes de atingir a resolução temporal de attosegundos com nosso microscópio de transmissão de elétrons – e nós o cunhamos ‘attomicroscopia.
Publicado em 27/08/2024 10h41
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