Câmera ultrarrápida captura um quatrilhão de quadros por segundo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/09/2022

O microscópio eletrônico captura uma imagem a cada 30 femtossegundos.
[Imagem: University of Tsukuba]

Só um femtossegundinho, por favor

Você já imaginou uma câmera capaz de capturar um quatrilhão de quadros por segundo?

Yusuke Arashida e colegas da Universidade de Tsukuba, no Japão, não apenas imaginaram, como construíram uma.

Eles usaram um arranjo inovador, mas curiosamente simples, para dar a um microscópio eletrônico de tunelamento a capacidade de capturar imagens em sequência a cada 30 femtossegundos (10^-15 segundo).

Usando técnicas de lasers pulsados ultrarrápidos, a equipe melhorou a resolução temporal da captura de imagens, passando pela primeira vez da casa dos picossegundos para os femtossegundos, o que pode aumentar muito a capacidade de estudar processos extremamente rápidos, como os processos celulares ou a fotossíntese.

Câmera ultrarrápida

Para a maioria das aplicações, incluindo gravar vídeos curiosos para o Youtube, uma câmera capaz de gravar quadros em um picossegundo - 1 trilionésimo de segundo - já é muito mais rápida do que o necessário.

No entanto, para os cientistas que tentam entender a dinâmica ultrarrápida dos materiais, como o rearranjo de átomos durante uma transição de fase ou a breve excitação de elétrons, isso pode ser dolorosamente lento.

"Na matéria condensada, a dinâmica geralmente não é espacialmente uniforme, mas é fortemente afetada por estruturas locais, como defeitos de nível atômico, que podem mudar em escalas de tempo muito curtas," acrescentou o professor Hidemi Shigekawa, coordenador da equipe.

Esquema do arranjo óptico que possibilitou reduzir o tempo entre as fotos.
[Imagem: Yusuke Arashida et al. - 10.1021/acsphotonics.2c00995]

Bomba-sonda

A equipe projetou um microscópio de corrente de tunelamento baseado em um método que eles chamam de bomba-sonda, que pode ser usado em uma ampla variedade de tempos de retardo entre as coletas das imagens.

Nesta técnica, um laser de "bombeamento" é usado para energizar o material, seguido rapidamente por um laser "sonda", que faz a medição. O tempo de retardo é controlado por espelhos móveis que alteram a distância que o feixe da sonda deve percorrer. Na velocidade da luz, isso se traduz em tempos de retardo da ordem de femtossegundos.

Os pesquisadores preveem que essas câmeras-microscópio irão ajudar em uma ampla gama de aplicações da ciência dos materiais, como projetar novas células solares ou dispositivos eletrônicos em nanoescala.

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