Holografia e espetroscopia: método de microscopia ultra-rápida para processos ópticos
Equipa de investigação de Heidelberg e Milão desenvolve nova técnica de microscopia para estudar materiais energéticos
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Um método de microscopia extremamente rápido para investigar a interação da luz e da matéria permite estudar processos ópticos em escalas de tempo muito curtas. Para tal, uma equipa de investigação germano-italiana combina de forma inovadora a imagem holográfica com a espetroscopia ultra-rápida. Desta forma, podem ser observados fenómenos electrónicos e magnéticos de vida extremamente curta, que desempenham um papel importante no desenvolvimento e aplicação de novos materiais energéticos. A investigação foi realizada no âmbito de uma colaboração internacional entre cientistas do Instituto de Química Física da Universidade de Heidelberg, da Universidade Politécnica de Milão e do Instituto de Fotónica e Nanotecnologias de Milão (Itália).
No centro da investigação está um microscópio de bomba-sonda, que é utilizado para realizar as chamadas experiências de excitação e deteção. Neste processo, o material em investigação é primeiro excitado por um curto impulso de luz, enquanto um segundo impulso regista a resposta dependente do tempo. Ao comparar as medições efectuadas com a excitação ligada e desligada, estes processos podem ser reconstruídos com precisão. "A combinação da imagem holográfica com a espetroscopia ultra-rápida permite-nos resolver espacialmente a dinâmica eletrónica e magnética e segui-la em escalas de tempo que vão dos femtosegundos aos picossegundos", explica a Dra. Julia Anthea Gessner, que faz investigação como chefe de projeto no Centro de Investigação Colaborativa 1249 "N-Heteropoliciclos como Materiais Funcionais" e como chefe de grupo no Instituto de Química Física.
O método inovador desenvolvido pela equipa de investigação germano-italiana permite obter simultaneamente imagens de fenómenos electromagnéticos ultra-rápidos em grandes campos de visão, explica o Dr. Martin Hörmann da Universidade Politécnica de Milão. Ao contrário de outras técnicas de microscopia, isto permite obter imagens de áreas à escala do micrómetro e gerar "filmes" com resolução temporal da dinâmica da carga e do spin dos electrões. Além disso, as alterações induzidas pela luz nas propriedades ópticas dos materiais podem ser tornadas visíveis desta forma. "A nossa abordagem quiropática abre assim possibilidades inteiramente novas para a observação direta de processos dinâmicos em materiais complexos", afirma o Dr. Hörmann, que desempenhou um papel fundamental na investigação atual, juntamente com o Dr. Gessner e o doutorando Federico Visentin.
Esta técnica de imagem ultra-rápida de alta resolução destina-se principalmente a ser utilizada com materiais energéticos. Estes materiais são relevantes para as tecnologias sustentáveis, como as células solares, os LED, os spin-LED ou os componentes electrónicos inovadores. "A técnica de microscopia fornece novos conhecimentos sobre os processos ópticos ultra-rápidos, em particular no que diz respeito à forma como estes se alteram em resposta à composição e estrutura dos materiais", sublinha o Prof. Dr. Felix Deschler, que faz investigação no Instituto de Química Física da Universidade de Heidelberg. De acordo com o Prof. Dr. Franco V. A. Camargo, cientista do Instituto de Fotónica e Nanotecnologias de Milão, a investigação sobre a interação entre a luz e a matéria pode fornecer informações importantes para o desenvolvimento de componentes eficientes e duradouros para a optoelectrónica e a spintrónica.
A investigação foi financiada pela União Europeia. Foi realizada no âmbito das Starting Grants atribuídas ao Prof. Deschler e ao Prof. Camargo pelo Conselho Europeu de Investigação (ERC). Os resultados do estudo foram publicados na revista "Nature Photonics".
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