# Ultra-alto vácuo

Ultra-alto vácuo (em inglês: ultra-high vacuum) é um estrato do vácuo caracterizado por pressões menores do que 10$^{−7}$ pascal ou 100 nanopascals (10$^{−9}$ mbar, ~10$^{−9}$ torr). O ultra-alto vácuo, UHV (do inglês: Ultra-high vacuum), necessita do uso de materiais raros para a construção do equipamento e do esquentamento do sistema para remover a água e restos de gases que se depositam nas superfícies da câmara. A pressões tão baixas, o percurso livre, médio, de uma molécula de gás é de aproximadamente 40 km, o que faz com que as moléculas choquem muitas vezes com as paredes da câmara antes de chocarem entre elas. Por isto, a maior parte dos choques das moléculas são com as superfícies da câmara.

## Conceitos envolvidos

* Sorção de gases
* Teoria cinética dos gases
* Transporte de gases e bombagem
* Bomba de vácuo
* Pressão de vapor

## Limitações dos materiais

Materiais que não podem ser utilizados devido a baixa pressão dos gases:
* A maioria dos compostos orgânicos não podem ser usados:
** plásticos exceto PTFE e PEEK: as juntas são feitas de cobre e são usadas apenas uma vez; os plásticos para outros usos são substituídos por cerâmicas ou metais
** colas: colas especiais para alto vácuo devem ser utilizadas
* aço: devido à sua oxidação, que aumenta a área de absorção, somente o aço inoxidável é usado
* chumbo: soldaduras são feitas sem recorrer a soldas que usem a este metal
Limitações técnicas:
* parafusos: os sulcos têm uma superfície com uma área grande e tendem a prender gases, por isso são evitados
* soldagem: soldadura convencional não pode ser usada por formar superfícies de grande área e porque forma pequenas câmaras, que prenderiam gás à pressão atmosférica, que seria lentamente liberto durante a remoção de gases.

## Usos típicos do ultra-alto vácuo

O ultra-alto vácuo é necessário para técnicas de análise de superfícies como
* Espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS)
* Espectroscopia de electrões Auger
* Espectroscopia de Massa por Ionização Secundária (SIMS)
* Espectroscopia de Dessorção Térmica (TPD)
* Formação e preparação de filmes finos com grandes exigências de pureza, tais como em epitaxia de feixe molecular (MBE), depositamento de químicos na fase de vapor (CVD) e depositamento por laser pulsado (PLD)
* Espectroscopia de fotoelétrons induzidos com resolução em ângulo (ARPES)
O ultra-alto vácuo é necessário nestas técnicas para reduzir a contaminação das superfícies ao reduzir o número de moléculas que chocam com a amostra num determinado intervalo de tempo. A pressões de 0.1 mPa (10$^{−6}$ Torr), leva apenas 1 segundo para cobrir a superfície com contaminantes, e por isto, pressões mais baixas são necessárias para experiências mais duradouras.
O ultra-alto vácuo é também necessário para:
* Aceleradores de partículas
* Detector de ondas gravitacionais tais como LIGO, VIRGO, GEO 600, e TAMA 300.
* Física atômica, em experiências com átomos a baixas temperaturas, tais como ion trapbou condensados de Bose-Einstein
e, quando não é obrigatório, pode melhorar técnicas como:
* Microscópio de força atômica. Alto vácuo produz alto Q factors na oscilação do cantilever.
* Microscópio de corrente de tunelamento. Alto vácuo reduz a oxidação e a contaminação, aumentando a resolução das imagens que podem ter resolução atômica para um metal limpo ou para semicondutores.