Uma equipa internacional observou pela primeira vez um pulso ultracurto de laser óptico converter-se em movimento mecânico dentro de estruturas metálicas em camadas, gerando vibrações que alcançam a escala dos terahertz — um trilhão de ciclos por segundo. O estudo envolveu investigadores do Laboratório Europeu XFEL, da Universidade de Potsdam e de outras instituições, que analisaram “sanduíches” formados por finíssimas camadas de platina e cobre.
Pressão eletrónica gera vibrações terahertz
Nos testes, os cientistas submeteram as amostras metálicas a pulsos de laser de femtossegundos (10-15 s) e monitorizaram as alterações estruturais com raios X. Os dados revelaram que as vibrações ultrarrápidas não resultam do simples aquecimento da rede atómica, mas sim da pressão exercida por elétrons altamente energizados — conhecidos como elétrons quentes — sobretudo na platina.
Segundo Jan-Etienne Pudell, do XFEL, a equipa esperava encontrar dilatação térmica convencional. Contudo, os registos mostraram que os elétrons impulsionam a camada de dentro para fora em menos de um trilionésimo de segundo, desencadeando oscilações mecânicas internas. Matias Bargheer, da Universidade de Potsdam, sublinha que o fenómeno lança nova luz sobre a interação entre elétrons quentes, fluxo de calor e dinâmica estrutural em filmes metálicos nanométricos.
Monitorização em profundidade com raios X
O uso combinado de laser e raios X permitiu acompanhar, ponto a ponto, o deslocamento das camadas após a excitação ótica. As medições mostraram que a reflexão dos elétrons na superfície e nas interfaces do sanduíche metálico gera uma pressão localizada, responsável pela conversão temporal de energia luminosa em vibração cristalina. Esse mecanismo sugere uma forma de alquimia fotônica-mecânica, em que fótons se transformam temporariamente em fônons sem intermediação térmica tradicional.
Ajuste de camadas controla resposta mecânica
Os investigadores também verificaram que a frequência e a amplitude das oscilações podem ser moduladas alterando a espessura de cada filme e variando a combinação de materiais. Ao mudar a proporção entre platina e cobre, é possível intensificar ou atenuar a pressão exercida pelos elétrons, oferecendo uma rota para engenhar vibrações sob medida em dispositivos nanoestruturados.
Imagem: Tecnologia & Inovação
Essa capacidade de controlo abre perspetivas para aplicações em catálise, armazenamento de dados e componentes ópticos, onde a conversão rápida de energia luminosa em movimento interno pode ser explorada para manipular reações químicas ou modificar propriedades eletrónicas em tempo ultracurto.
Ligação entre química plasmónica e dinâmica estrutural
O resultado estabelece uma conexão experimental entre a química plasmónica — que estuda elétrons de alta energia em superfícies metálicas — e mudanças estruturais em escalas de tempo inferiores a um picosegundo. Ao compreender como elétrons quentes geram força mecânica direta, a comunidade científica ganha uma ferramenta para investigar reações em camadas ultrafinas e otimizar dispositivos que dependem de transferência de calor ou de carga.
Os autores concluem que a observação de vibrações induzidas por pressão eletrónica redefine a forma como a luz pode ser usada para manipular matéria no domínio das nanoestruturas metálicas. Futuras investigações deverão explorar diferentes combinações de metais, intensidade de laser e condições de fronteira para mapear todo o potencial desse efeito em tecnologias emergentes.
