Os pesquisadores mediram o espectro plasmônico do grafeno usando uma nova técnica de espectroscopia baseada em elétrons.
Instrumentos baseados em luz que sondam quasipartículas eletrônicas em folhas de materials com poucos átomos de espessura estão limitados a folhas pelo menos tão grandes quanto o comprimento de onda da luz, que nem sempre são possíveis de fabricar. As alternativas existentes substituem a sonda de luz por um feixe de elétrons. No entanto, isso introduz mudanças no momento eletrônico do materials, ao contrário dos testes baseados em luz. Agora, Alberto Guandalini, da Universidade Sapienza de Roma, Thomas Pichler, da Universidade de Viena, e seus colaboradores melhoraram a resolução de energia e momento de uma técnica baseada em feixe de elétrons e mediram as energias plasmônicas do grafeno – oscilações eletrônicas coletivas em um único folha de átomos de carbono com a espessura de um átomo – na menor mudança de momento do elétron relatada até agora (1).
A técnica envolve direcionar um feixe de elétrons para o grafeno e analisar a energia e o momento dos elétrons espalhados que passam. Com base em teorias anteriores, a equipa identificou que o resultado da medição tem duas contribuições. Um deles explica as propriedades intrínsecas do grafeno. A outra, chamada cinemática, surge unicamente das regras de conservação de momento e de energia. Ao derivar uma fórmula para a contribuição cinemática, a equipe isolou a resposta intrínseca do grafeno.
Para obter uma medição de baixo momento, os pesquisadores introduziram uma abertura pinhole para permitir a passagem apenas de elétrons dispersos que sofreram mudanças de baixo momento. Eles obtiveram o espectro plasmônico do grafeno alterando repetidamente a energia do feixe de elétrons que chegava e contabilizando os efeitos cinemáticos. O espectro de alta resolução revelou que as contribuições cinemáticas dominam o sinal, ao contrário de relatórios anteriores. A equipe diz que a técnica aprimorada pode investigar outros materiais com poucos átomos de espessura e filmes ultrafinos em nanoescala e, eventualmente, poderia ser usada para estudar dispositivos operacionais.
A. Guandalini e outros.“Observação direta da seção transversal de espectroscopia de perda de energia de elétrons em desaparecimento no grafeno,” Física. Rev.111L041401 (2025).
