Pesquisadores da Universidade de Stuttgart desenvolveram um método inovador de microscopia quântica que pode visualizar movimentos de elétrons em câmera lenta – um feito que antes não era possível. Prof.Sebastião Loth, Diretor Geral do Instituto de Matéria Funcional e Tecnologias Quânticas (FMQ)explica que esta inovação aborda questões de longa data sobre o comportamento dos elétrons em sólidos e tem implicações significativas para o desenvolvimento de novos materiais.
Para materiais tradicionais como metais, isolantes e semicondutores, as mudanças no nível atômico não alteram as propriedades macroscópicas. No entanto, os materiais modernos criados em laboratório apresentam mudanças dramáticas nas propriedades, como a transformação de isoladores em supercondutores, utilizando apenas alterações atômicas mínimas. Essas mudanças ocorrem em picossegundos e afetam diretamente o movimento dos elétrons no nível atômico.
A PONTA DE IMAGEM DO MICROSCÓPIO DE TÚNEL DE VARREDURA COM RESOLUÇÃO DE TEMPO DETECTA O MOVIMENTO COLETIVO DE ELÉTRONS EM MATERIAIS USANDO PULSOS TERAHERTZ ULTRA-RÁPIDOS. CRÉDITO DE IMAGEM: © SHAOXIANG SHENG, UNIVERSIDADE DE STUTTGART (FMQ)
A equipe de Loth observou com sucesso essas mudanças rápidas aplicando um pulso elétrico de picossegundos a um material de nióbio e selênio e estudando o movimento coletivo de elétrons em uma onda de densidade de carga. Eles descobriram como as impurezas individuais podem perturbar esse movimento coletivo, enviando distorções do tamanho de nanômetros através do coletivo de elétrons. Esta pesquisa baseia-se em trabalhos anteriores realizados nos Institutos Max Planck em Estugarda e Hamburgo.
Compreender como o movimento dos elétrons é interrompido pelas impurezas poderia permitir o desenvolvimento direcionado de materiais com propriedades específicas, o que é benéfico para a produção de materiais de comutação ultrarrápida para sensores ou componentes eletrônicos. Loth enfatiza o potencial do design em nível atômico para influenciar as propriedades macroscópicas dos materiais.
O método inovador de microscopia combina um microscópio de tunelamento de varredura, que fornece resolução em nível atômico, com espectroscopia de sonda de bomba ultrarrápida para obter alta resolução espacial e temporal. A configuração experimental é altamente sensível e requer proteção contra vibrações, ruídos e flutuações ambientais para poder medir sinais extremamente fracos. O microscópio otimizado da equipe pode repetir experimentos 41 milhões de vezes por segundo, garantindo alta qualidade de sinal e tornando a equipe pioneira na área.
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Pesquisadores da Universidade de Stuttgart desenvolveram um método inovador de microscopia quântica que pode visualizar movimentos de elétrons em câmera lenta – um feito que antes não era possível. Prof.Sebastião Loth, Diretor Geral do Instituto de Matéria Funcional e Tecnologias Quânticas (FMQ)explica que esta inovação aborda questões de longa data sobre o comportamento dos elétrons em sólidos e tem implicações significativas para o desenvolvimento de novos materiais.
Para materiais tradicionais como metais, isolantes e semicondutores, as mudanças no nível atômico não alteram as propriedades macroscópicas. No entanto, os materiais modernos criados em laboratório apresentam mudanças dramáticas nas propriedades, como a transformação de isoladores em supercondutores, utilizando apenas alterações atômicas mínimas. Essas mudanças ocorrem em picossegundos e afetam diretamente o movimento dos elétrons no nível atômico.
A PONTA DE IMAGEM DO MICROSCÓPIO DE TÚNEL DE VARREDURA COM RESOLUÇÃO DE TEMPO DETECTA O MOVIMENTO COLETIVO DE ELÉTRONS EM MATERIAIS USANDO PULSOS TERAHERTZ ULTRA-RÁPIDOS. CRÉDITO DE IMAGEM: © SHAOXIANG SHENG, UNIVERSIDADE DE STUTTGART (FMQ)
A equipe de Loth observou com sucesso essas mudanças rápidas aplicando um pulso elétrico de picossegundos a um material de nióbio e selênio e estudando o movimento coletivo de elétrons em uma onda de densidade de carga. Eles descobriram como as impurezas individuais podem perturbar esse movimento coletivo, enviando distorções do tamanho de nanômetros através do coletivo de elétrons. Esta pesquisa baseia-se em trabalhos anteriores realizados nos Institutos Max Planck em Estugarda e Hamburgo.
Compreender como o movimento dos elétrons é interrompido pelas impurezas poderia permitir o desenvolvimento direcionado de materiais com propriedades específicas, o que é benéfico para a produção de materiais de comutação ultrarrápida para sensores ou componentes eletrônicos. Loth enfatiza o potencial do design em nível atômico para influenciar as propriedades macroscópicas dos materiais.
O método inovador de microscopia combina um microscópio de tunelamento de varredura, que fornece resolução em nível atômico, com espectroscopia de sonda de bomba ultrarrápida para obter alta resolução espacial e temporal. A configuração experimental é altamente sensível e requer proteção contra vibrações, ruídos e flutuações ambientais para poder medir sinais extremamente fracos. O microscópio otimizado da equipe pode repetir experimentos 41 milhões de vezes por segundo, garantindo alta qualidade de sinal e tornando a equipe pioneira na área.
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