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Nanotecnologia

Microscópio eletrônico é controlado com luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/08/2020

Microscópio eletrônico é controlado com luz
Visão artística dos elétrons individuais interagindo com o modo de galeria sussurrante óptica, enquanto circulam em torno da esfera de sílica.
[Imagem: Dr Murat Sivis]

Galeria dos sussurros

Se você apenas sussurrar em uma das galerias da catedral de São Paulo, em Londres, o som corre tão facilmente ao redor da cúpula que outras pessoas em qualquer parte da circunferência poderão ouvi-lo claramente.

Esse fenômeno marcante, adequadamente batizado de "galeria dos sussurros", não acontece somente com o som, emergindo em muitos cenários em que uma onda pode viajar quase perfeitamente em torno de uma estrutura.

Ele tem sido particularmente explorado no campo da fotônica, com as ondas de luz circulando quase sem perdas em torno de nanodiscos, compondo dispositivos conhecidos como ressonadores.

Agora, Ofer Kfir e colegas da Universidade de Göttingen, na Alemanha, tiraram proveito do efeito das galerias sussurrantes para controlar com luz o feixe de elétrons de um microscópio eletrônico.

O dispositivo consiste não em discos, como geralmente ocorre nos ressonadores, mas em esferas de vidro. Quando a luz de um laser atinge as esferas, a luz é capturada no chamado "modo galeria de sussurros ópticos". Semelhante ao exemplo da acústica na catedral, a onda de luz viaja nessas esferas quase sem perdas.

Troca de energia entre elétrons e fótons

Os pesquisadores então fizeram com que o feixe de elétrons do microscópio passasse bem rente à borda da esfera. Medindo a distribuição das velocidades dos elétrons, eles descobriram que os elétrons e o campo de luz haviam trocado grandes quantidades de energia.

De fato, elétrons individuais capturam ou doam a energia de centenas de fótons, as partículas elementares do campo de luz.

Dois efeitos parecem determinar a força da interação entre a luz e o feixe de elétrons: "Primeiro, o efeito da galeria sussurrante nos permite armazenar luz e usar o tempo para criar uma onda mais forte. Segundo, os elétrons correm na mesma velocidade que a onda de luz na esfera de vidro. Pense em um surfista que corresponda à velocidade da onda para melhor usar sua energia," explicou Kfir.

Além do interesse fundamental do fenômeno, os pesquisadores acreditam que suas descobertas têm considerável relevância prática.

"Nós investigamos maneiras pelas quais a luz pode adicionar funcionalidade à microscopia eletrônica," explicou o professor Claus Ropers. "Agora podemos usar a luz para guiar o feixe de elétrons no espaço e no tempo. A melhoria do acoplamento de elétrons e fótons livres pode eventualmente levar a tecnologias quânticas inteiramente novas para detecção e microscopia em nanoescala. Estamos confiantes de que este trabalho é um passo importante nessa direção."

Bibliografia:

Artigo: Controlling free electrons with optical whispering-gallery modes
Autores: Ofer Kfir, Hugo Lourenço-Martins, Gero Storeck, Murat Sivis, Tyler R. Harvey, Tobias J. Kippenberg, Armin Feist, Claus Ropers
Revista: Nature
Vol.: 582, pages 46-49
DOI: 10.1038/s41586-020-2320-y





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