En un microscopio electrónico, los electrones son emitidos por puntas de metal puntiagudas, para que puedan ser dirigidos y controlados con alta precisión. Recientemente, estas puntas metálicas también se han utilizado como fuentes de electrones de alta precisión para generar rayos X. Un equipo de investigadores de TU Wien (Viena), junto con colegas de la FAU Erlangen-Nürnberg (Alemania), han desarrollado un método para controlar las emisiones de electrones con mayor precisión que nunca. Con la ayuda de dos pulsos de láser, ahora es posible activar y desactivar el flujo de electrones en escalas de tiempo extremadamente cortas.

Es solo la punta de la aguja

"La idea básica se asemeja a un pararrayos, "dice Christoph Lemell (TU Wien)." El campo eléctrico alrededor de una aguja es siempre más fuerte justo en la punta. Por eso el rayo siempre golpea la punta de una vara, Y por la misma razón, los electrones dejan una aguja justo en la punta ".

Se pueden fabricar agujas extremadamente puntiagudas con los métodos de la nanotecnología moderna. Su punta tiene solo unos pocos nanómetros de ancho, de modo que el punto en el que se emiten los electrones se conoce con una precisión muy alta. Además de eso, También es importante controlar en qué momento se emiten los electrones.

Este tipo de control temporal ahora se ha hecho posible mediante un nuevo enfoque:"Se disparan dos pulsos de láser diferentes en la punta de metal, "explica Florian Libisch (TU Wien). Los colores de estos dos láseres se eligen de manera que los fotones de un láser tengan exactamente el doble de energía que los fotones del otro láser. Además, Es importante asegurarse de que ambas ondas de luz oscilen en perfecta sincronía.

Con la ayuda de simulaciones por computadora, el equipo de TU Wien pudo predecir que un pequeño retraso entre los dos pulsos láser puede servir como un "interruptor" para la emisión de electrones. Esta predicción ha sido confirmada ahora por experimentos realizados por el grupo de investigación del profesor Peter Hommelhoff en FAU Erlangen-Nürnberg. Basado en estos experimentos, ahora es posible comprender el proceso en detalle.

Fotones absorbentes

Cuando se dispara un pulso láser a la punta de metal, su campo eléctrico puede arrancar electrones del metal, que es un fenómeno bien conocido. La nueva idea es que se puede utilizar una combinación de dos láseres diferentes para controlar la emisión de electrones en una escala de tiempo de femtosegundos.

Hay diferentes formas en que un electrón puede ganar suficiente energía para salir de la punta de metal:puede absorber dos fotones del láser de alta energía o cuatro fotones del láser de baja energía. Ambos mecanismos conducen al mismo resultado. "Al igual que una partícula en un experimento de doble rendija, que viaja por dos caminos diferentes al mismo tiempo, el electrón puede participar en dos procesos diferentes al mismo tiempo, ", dice el profesor Joachim Burgdörfer (TU Wien)." La naturaleza no tiene que elegir una de las dos posibilidades, ambas son igualmente reales y se interfieren entre sí ".

Sintonizando cuidadosamente los dos láseres, es posible controlar si los dos procesos físicos cuánticos se amplifican entre sí, lo que conduce a una mayor emisión de electrones, o si se anulan, lo que significa que apenas se emiten electrones. Ésta es una forma sencilla y eficaz de controlar la emisión de electrones.

No es solo un nuevo método para realizar experimentos con electrones de alta energía, la nueva tecnología debería abrir la puerta a la generación controlada de rayos X. "Ya se están construyendo fuentes de rayos X innovadoras utilizando matrices de puntas metálicas estrechas como fuentes de electrones, "dice Lemell." Con nuestro nuevo método, estas nanopuntas podrían activarse exactamente de la manera correcta para que se produzca una radiación de rayos X coherente ".