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(noticias nanowerk) Un equipo alemán-sueco logró estudiar simultáneamente el rápido movimiento de los electrones con una alta precisión espacial y una resolución temporal del orden de los attosegundos.
Las tesis centrales
Investigación
Cuando los electrones se mueven dentro de una molécula o semiconductor, lo hacen en escalas de tiempo inimaginablemente cortas. El físico sueco-alemán Dr. Jan Vogelsang, de la Universidad de Oldenburg, ha logrado ahora comprender mejor estos procesos ultrarrápidos: mediante pulsos láser, los investigadores pudieron seguir la dinámica de los electrones liberados de la superficie de los cristales de óxido de zinc con una resolución espacial en el rango nanométrico y una resolución espacial del orden de los nanómetros. resolución temporal inalcanzable.
Con estos experimentos, el equipo demostró la aplicabilidad de un método que, entre otras cosas, puede utilizarse para comprender mejor el comportamiento de los electrones en nanomateriales y nuevos tipos de células solares. En el estudio, publicado en la revista científica, participaron investigadores de la Universidad de Lund, incluido el profesor Dr. Anne L’Huillier, una de las tres ganadoras del Premio Nobel de Física el año pasado Investigación en Física Avanzada (“Microscopía electrónica de fotoemisión resuelta en el tiempo sobre una superficie de ZnO utilizando un par de pulsos de attosegundos ultravioleta extremo”).
En sus experimentos, el equipo de investigación combinó un tipo especial de microscopía electrónica, llamada microscopía electrónica de fotoemisión (PEEM), con la tecnología de la física de attosegundos. Los científicos utilizan pulsos de luz extremadamente cortos para estimular los electrones y registrar su comportamiento. «El proceso es similar al flash que captura movimientos rápidos en la fotografía», explica Vogelsang. Un attosegundo es increíblemente corto: apenas una milmillonésima de milmillonésima de segundo.
Como informa el equipo, hasta ahora experimentos similares no han logrado lograr la precisión temporal necesaria para seguir el movimiento de los electrones. Las diminutas partículas elementales giran mucho más rápido que los núcleos atómicos más grandes y pesados. Sin embargo, en el presente estudio, los científicos lograron combinar las dos técnicas tecnológicamente exigentes de microscopía electrónica de fotoemisión y microscopía de attosegundos sin sacrificar la resolución espacial o temporal.
«Finalmente hemos llegado al punto en el que podemos utilizar pulsos de attosegundos para estudiar en detalle la interacción de la luz y la materia a nivel atómico y en nanoestructuras», afirmó Vogelsang.
Un factor que hizo posible este progreso fue el uso de una fuente de luz que produce un número particularmente grande de destellos de attosegundos por segundo, en este caso 200.000 pulsos de luz por segundo. Cada destello liberó un promedio de un electrón de la superficie del cristal, lo que permitió a los investigadores estudiar su comportamiento sin que se afectaran entre sí.
«Cuantos más impulsos por segundo se generen, más fácil será extraer una pequeña señal de medición de un conjunto de datos», explica el físico.
El laboratorio de Anne L’Huillier en la Universidad de Lund (Suecia), donde se llevaron a cabo los experimentos del presente estudio, es uno de los pocos laboratorios de investigación en el mundo que cuenta con el equipamiento tecnológico necesario para este tipo de experimentos. Vogelsang, que fue investigador postdoctoral en la Universidad de Lund de 2017 a 2020, está actualmente en proceso de crear un laboratorio experimental similar en la Universidad de Oldenburg. En el futuro, los dos equipos quieren continuar sus investigaciones e investigar el comportamiento de los electrones en diversos materiales y nanoestructuras.
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