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A explosão eletrônica mais curta é gerada

27.02.2023

Você já se perguntou por que seu computador e outros dispositivos eletrônicos às vezes são rápidos e às vezes lentos? Tudo se resume à velocidade com que os elétrons, as menores partículas do nosso microcosmo, saem de minúsculos fios dentro dos transistores dos circuitos eletrônicos e criam pulsos. Desenvolver maneiras de aumentar essa velocidade é fundamental para desbloquear o maior potencial de desempenho da eletrônica e seu software.

Mas qual é o tempo mais curto para os elétrons saírem de um minúsculo metal de chumbo em um circuito eletrônico?

Usando flashes de laser extremamente curtos, uma equipe de pesquisadores liderada pelo Prof. Eleftherios Gulielmakis, chefe do Grupo de Fotônica Extrema do Instituto de Física da Universidade de Rostock, e equipe do Instituto Max Planck para Pesquisa de Estado Sólido em Stuttgart usou o estado da arte hoje.

Embora se saiba há muito tempo que a luz pode liberar elétrons de metais (Einstein foi o primeiro a explicar como), esse processo é extremamente difícil de manipular. O campo elétrico da luz muda de direção cerca de um milhão de bilhões de vezes por segundo, dificultando o controle de como retira os elétrons da superfície dos metais.

Para superar esse problema, os cientistas de Rostock e seus colegas usaram uma tecnologia de ponta desenvolvida anteriormente por seu grupo - fusão de campo de luz - que lhes permitiu reduzir o flash de luz para menos do que o balanço total de seu próprio campo. . Por sua vez, eles usaram esses flashes para iluminar a ponta de uma agulha de tungstênio para liberar elétrons no vácuo.

"Ao usar pulsos de luz contendo apenas um ciclo de seu campo, agora é possível dar aos elétrons um choque precisamente controlado para libertá-los da ponta de tungstênio em um período de tempo muito curto", explica Eleftherios Gulielmakis, chefe da equipe de pesquisa.

Mas esse problema seria impossível de resolver se os cientistas também não encontrassem uma maneira de medir a curta duração desses flashes de elétrons. Para superar esse obstáculo, a equipe desenvolveu um novo tipo de câmera que pode tirar instantâneos de elétrons por um curto período de tempo enquanto um laser os empurra para fora da nanoponta e para o vácuo.

"O truque era usar um segundo flash de luz muito fraco", disse o Dr. Hee-Yong Kim, principal autor do novo estudo. "Esta segunda rajada de laser pode distorcer suavemente a energia da explosão de elétrons para ver como ela se parece ao longo do tempo", acrescenta. “É como um jogo de 'O que há na caixa', onde os jogadores tentam reconhecer um objeto sem olhar para ele, mas simplesmente girando-o para sentir sua forma com as mãos”, continua ele.

Mas como essa tecnologia pode ser utilizada na eletrônica? "À medida que a tecnologia avança rapidamente, é razoável esperar o desenvolvimento de circuitos eletrônicos microscópicos nos quais os elétrons se movem através do vácuo entre o chumbo densamente compactado para evitar que os obstáculos os retardem", diz Gulielmakis. “Usar a luz para ejetar elétrons e movê-los entre esses fios pode acelerar a eletrônica do futuro por um fator de vários milhares em comparação com hoje”, explica ele.

Mas os pesquisadores acreditam que sua metodologia recentemente desenvolvida será usada especificamente para fins científicos. “A ejeção de elétrons de um metal dentro de uma fração de um ciclo de campo de luz simplifica muito os experimentos e nos permite usar métodos teóricos avançados para entender a emissão de elétrons de uma forma que não era possível anteriormente”, diz o professor Thomas Fennell, coautor do estudo.

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