Cuando la luz incide sobre un metal, su energía puede excitar los electrones, haciendo que salten de niveles de energía más bajos a más altos. Este proceso, conocido como fotoexcitación, es crucial para una amplia gama de tecnologías, incluidas las células solares, los fotodiodos y los diodos emisores de luz (LED). Sin embargo, la secuencia exacta de eventos que ocurren durante la fotoexcitación sigue siendo difícil de alcanzar.
Ahora, los investigadores han capturado una secuencia detallada de estos eventos en tiempo real, proporcionando una observación directa de cómo la luz excita los electrones en un metal. El equipo llevó a cabo los experimentos en la Fuente de Luz de Radiación Sincrotrón (SSRL) de Stanford de SLAC y utilizó un láser ultrarrápido para excitar electrones en una fina película de metal. Luego utilizaron un espectrómetro de fotoemisión de resolución temporal para medir la energía y el impulso de los electrones excitados en función del tiempo.
Los resultados, publicados en la revista Nature, revelan que la fotoexcitación se produce en una serie de pasos. Primero, la luz es absorbida por el metal, creando un par electrón-hueco. Luego, el electrón y el agujero aceleran rápidamente en direcciones opuestas debido a los campos eléctricos creados por la onda de luz. Finalmente, el electrón y el hueco se recombinan emitiendo un fotón de luz.
Los investigadores pudieron observar directamente este proceso utilizando un pulso láser ultracorto para excitar los electrones. Esto les permitió capturar la dinámica del proceso de fotoexcitación en una escala de tiempo de femtosegundos (10 a 15 segundos).
"Ahora podemos ver exactamente qué sucede cuando la luz incide sobre un metal", dijo Philip Heimann, profesor de física aplicada en la Universidad de Stanford y coautor del estudio. "Esta es una comprensión fundamental de un proceso que es esencial para muchos dispositivos optoelectrónicos".
Los hallazgos del equipo podrían conducir al desarrollo de nuevos dispositivos optoelectrónicos que sean más eficientes y tengan tiempos de respuesta más rápidos. También podrían ayudar a los investigadores a comprender cómo interactúa la luz con otros materiales, como semiconductores y aislantes.
