Informática - Holografia é produzida com elétrons

Holografia é produzida com elétrons

Site: Inovação Tecnológica

Baseado em artigo de Christine Vollgraf - 27/12/2010

 

O experimento com a holografia de elétrons é promissor para o desenvolvimento de novas ferramentas para o estudo de átomos e moléculas durante suas interações e em reações químicas.[Imagem: Huismans et al]

Laser e elétrons

O princípio da holografia foi descoberto em 1947 pelo cientista húngaro Dennis Gábor, quando ele tentava melhorar a resolução dos microscópios eletrônicos - microscópios cujo funcionamento depende dos elétrons.

A primeira realização experimental do conceito de holografia só foi feita em meados dos anos 1960 - mas a demonstração não usava elétrons, e sim uma nova fonte de luz que acabava de ser descoberta: o raio laser.

Agora, físicos do Instituto Max Born, em Berlim, voltaram às origens e estão demonstrando que os elétrons podem de fato ser usados para gerar imagens holográficas.

Não por coincidência, um elemento essencial na nova abordagem é que os elétrons que produzem a imagem do objeto são gerados a partir do próprio objeto - usando um laser de alta potência.

Luz coerente

A holografia prática utiliza luz coerente, isto é, uma fonte de luz onde todas as ondas de luz emitidas marcham de forma coordenada.

Esta onda de luz é dividida em duas partes, uma onda de referência e uma onda objeto. A onda de referência incide diretamente sobre um detector bidimensional, por exemplo, uma chapa fotográfica. A onda objeto interage com o objeto, é refletida, e a seguir também é detectada.

A superposição das duas ondas no detector cria padrões de interferência - é nesses padrões de interferência que a forma do objeto é codificada.

O que Gábor não conseguiu fazer foi construir uma fonte coerente de elétrons. Mas isso é algo comum atualmente nos laboratórios que realizam experimentos com campos de laser de alta intensidade.

Com pulsos intensos e ultra-curtos de laser, pode-se facilmente extrair elétrons coerentes a partir de átomos e moléculas.

Esses elétrons são a base para o novo experimento de holografia à base de elétrons, que foi realizado usando átomos de xenônio (Xe).

Experiência holográfica

"Em nosso experimento, o forte campo de laser arranca elétrons dos átomos de Xe, primeiro os acelera e depois os fazer retornar. É como se alguém pegasse uma catapulta e disparasse um elétron no íon que foi deixado para trás. O laser cria a fonte de elétrons perfeita para uma experiência holográfica," explica Marc Vrakking, um dos autores do estudo.

Alguns dos elétrons se recombinam com o íon, produzindo luz na faixa do ultravioleta extremo (XUV), produzindo pulsos com duração na faixa dos attossegundos.

A maioria dos elétrons passa pelo íon, formando a onda de referência do experimento holográfico.

Alguns dos elétrons, por sua vez, refletem-se no íon, formando a onda objeto.

Usando um detector bidimensional, os cientistas puderam observar os padrões de interferência holográfica gerados pela interação da onda objeto com o potencial de Coulomb do íon.

Informação nos hologramas

O processo de ionização produz elétrons em um intervalo de tempo finito, de apenas alguns femtossegundos.

Segundo os cálculos teóricos da equipe, a dependência do tempo do processo de ionização é codificado no holograma, assim como eventuais alterações do íon entre o momento em que a ionização ocorre e o momento que a onda objeto interage com o íon.

Vrakking explica que é justamente isto que torna o experimento tão promissor para uso futuro:

"No momento, nós demonstramos que os hologramas podem ser produzidos em experimentos com lasers intensos. No futuro, nós teremos que aprender como extrair toda a informação que está contida nos hologramas. Isso poderá criar novos métodos para estudar a dinâmica dos elétrons em uma escala de tempo de attossegundos, bem como novos métodos de estudo das mudanças estruturais, dependentes do tempo, em moléculas," prevê o pesquisador.

Bibliografia:

Time-Resolved Holography with Photoelectrons

Y. Huismans, A. Rouzée, A. Gijsbertsen, J.H. Jungmann, A. S. Smolkowska, P. S. W. M. Logman, F. Lépine, C. Cauchy, S. Zamith, T. Marchenko, J. M. Bakker, G. Berden, B. Redlich, A.F.G. van der Meer, H. G. Muller, W. Vermin, K.J. Schafer, M. Spanner, M. Yu. Ivanov, O. Smirnova, D. Bauer, S. V. Popruzhenko, M. J. J. Vrakking

Science

December 2010

Vol.: Published Online

DOI: 10.1126/science.1198450