Luz ultravioleta extrema orienta electrões em laboratório

Basta iluminar um átomo para que os seus electrões reajam. No laser de electrões livres FERMI, em Trieste, Itália, uma equipa liderada por Ulli Eichmann, do Instituto Max Born, em Berlim, mostrou que é possível orientar essa reação com luz ultravioleta extrema (XUV). Ao alterar a fase dos impulsos, os investigadores decidiram se duas vias quânticas no interior de um átomo de hélio se reforçavam ou se anulavam. O trabalho foi publicado na Nature Photonics.

A mecânica quântica permite que um processo ocorra por vários caminhos em simultâneo. Um electrão pode chegar ao mesmo estado final por rotas diferentes, e essas rotas somam-se ou anulam-se, um pouco como ondulações sobrepostas à superfície da água. Os investigadores criaram duas vias concorrentes para excitar um estado ligado no hélio, recorrendo a um método designado excitação Raman estimulada com impulsos XUV. Matthieu Génévriez, investigador da UCLouvain e um dos autores, descreve o efeito em termos simples: «é um pouco como se pudéssemos ejetar um electrão de um átomo e depois trazê-lo de volta a casa com luz.»

A luz visível e infravermelha é há décadas o instrumento de trabalho deste tipo de sondagem. A dispersão Raman estimulada e técnicas afins já permitem seguir reações químicas e o movimento dos electrões com esses comprimentos de onda. Estendê-las ao XUV, região que a equipa considera um desafio antigo, exigia uma fonte de luz que poucas instalações conseguem oferecer. Eichmann afirma que a experiência mostra que os métodos «podem agora ser levados para o ultravioleta extremo», abrindo «novas possibilidades para obter imagens e manipular a matéria com resolução espacial sem precedentes».

Para químicos e cientistas de materiais, o interesse está na natureza específica de cada elemento da luz. Os fotões XUV e de raios X atingem os electrões próximos dos núcleos atómicos, onde cada elemento químico tem a sua própria «impressão digital» electrónica. A equipa acredita que os conceitos apresentados poderão, um dia, dar origem a uma nova geração de ferramentas de imagem e espectroscopia, capazes de seguir o movimento dos electrões e as transformações químicas às menores escalas. A equipa não publicou qualquer calendário para estes instrumentos, e a experiência é uma demonstração laboratorial feita apenas com hélio.