Campos de luz em 3D levam elétrons a estados quânticos antes inacessíveis

Pesquisadores da Universidade de Oldenburg, na Alemanha, criaram campos de luz tridimensionais ao combinar dois pulsos de laser ultracurtos, de cores diferentes e com polarizações moldadas, que se cruzaram vindos de direções distintas. Na região em que os pulsos se sobrepunham, os campos elétricos formavam um padrão controlável em três dimensões. A equipe usou essa luz para ionizar átomos de potássio e relatou a observação de pacotes de onda de momento angular em elétrons livres, produzidos por ionização multifóton de átomos. 56

O resultado mostra que moldar um campo de luz em três dimensões pode dar acesso a estados de pacotes de onda eletrônicos que não eram alcançáveis com as configurações de luz usadas nesses experimentos. Trata-se de uma demonstração de princípio em átomos, não de um teste de controle molecular. 56

Como a equipe criou um campo de luz em 3D

A polarização de um pulso de laser indica a direção em que seu campo elétrico oscila. Ao moldar a polarização de dois pulsos de cores diferentes e fazê-los se encontrar em ângulo, os pesquisadores fizeram o campo combinado variar em três dimensões, em vez de ficar restrito a um único plano. 56

Essa geometria ofereceu uma nova maneira de controlar o campo que interage com os átomos de potássio. Os átomos absorveram vários fótons e se ionizaram, liberando elétrons cujos pacotes de onda de momento angular puderam ser observados. 56

O que o experimento com potássio demonstrou

O principal resultado foi a observação relatada de pacotes de onda de momento angular em elétrons livres, gerados pela ionização multifóton de átomos com os campos tridimensionais. O experimento demonstra que um campo de luz cuidadosamente estruturado pode produzir e investigar estados eletrônicos além dos acessíveis com as configurações de luz usadas no estudo. 56

É importante distinguir essa demonstração em átomos de uma aplicação em moléculas: o experimento não mostrou que o método já consegue identificar ou separar moléculas quirais. O estudo aponta, em vez disso, para uma possível forma de ampliar o controle sobre a interação entre luz e matéria. 56

A técnica poderá ajudar a diferenciar moléculas espelhadas?

Moléculas quirais podem existir em duas formas que são imagens espelhadas uma da outra. Pesquisas sobre luz estruturada ou localmente quiral investigam maneiras de tornar a interação com essas moléculas sensível à sua orientação espacial, incluindo propostas para distinguir ou detectar diferentes formas. 1415

O experimento de Oldenburg poderá, no futuro, contribuir para esse objetivo mais amplo ao ampliar o controle dos pesquisadores sobre os campos de luz. Mas aplicar os campos tridimensionais a moléculas quirais — e demonstrar que eles distinguem suas formas espelhadas — ainda é uma possibilidade, não um resultado obtido no experimento com potássio. 561415