Microscópio eletrônico mostra campos eletromagnéticos em 3D

Redação do Site Inovação Tecnológica -  12/08/2016

O microscópio mostra a distribuição espacial, a variação temporal, a orientação e a polarização da onda eletromagnética. [Imagem: Peter Baum]

Visualizando ondas eletromagnéticas

Físicos da Universidade Ludwig-Maximilians, na Alemanha, desenvolveram um novo microscópio eletrônico que é capaz de visualizar campos eletromagnéticos oscilando em frequências de até bilhões de ciclos por segundo.

Campos eletromagnéticos que variam no tempo são a força fundamental por trás de toda a eletrônica - são eles que controlam o fluxo de elétrons em componentes como os transistores de efeito de campo, ou FET (Field-Effect Transistor), por exemplo.

As polaridades desses campos podem mudar a taxas assustadoramente rápidas, tornando difícil captar seus movimentos. Contudo, uma melhor compreensão da dinâmica de variação desses campos nos componentes eletrônicos é essencial para futuros avanços nos computadores e demais equipamentos eletrônicos.

Microscópio para ondas

Para visualizar diretamente o formato de onda dos campos eletromagnéticos, Andrey Ryabov e Peter Baum criaram um microscópio eletrônico que usa pulsos ultracurtos de laser - cada pulso dura 10^-15 segundo.

Esses pulsos geram feixes com alguns poucos elétrons, que são então temporariamente comprimidos pela ação de feixes de radiação terahertz (10^-12Hertz).

Esses feixes de elétrons são mais curtos do que a metade do ciclo de um campo óptico, o que os torna capazes de mapear campos eletromagnéticos de alta frequência.

Microscópio que vê ondas

Para gerar imagens de um campo eletromagnético, os pulsos de elétrons são dirigidos para uma microantena que foi posta para interagir com uma emissão precisamente cronometrada de radiação terahertz.

O pulso de radiação THz energiza os elétrons da superfície da antena, criando um campo oscilante óptico (eletromagnético) nas vizinhanças imediatas da antena - o chamado campo próximo.

Quando os pulsos de elétrons entram no raio de influência do campo eletromagnético induzido em torno da antena, eles são espalhados, e o padrão de sua deflexão é gravado. Com base na dispersão dos elétrons desviados, é possível reconstruir a distribuição espacial, a variação temporal, a orientação e a polarização da luz emitida pela microantena.

O novo microscópio será extremamente útil no desenvolvimento dosmetamateriais, materiais artificiais que interagem com campos elétricos e magnéticos para criar fenômenos não encontrados na natureza, comocamuflagens para a eletricidade e o calor e mantos de invisibilidade para antenas.

Bibliografia:

Electron microscopy of electromagnetic waveforms
Andrey Ryabov, Peter Baum
Science
Vol.: 353 Issue 6297
DOI: 10.1126/science.aaf8589