Muchos procesos químicos se ejecutan tan rápido que solo se comprenden a grandes rasgos. Para aclarar estos procesos, un equipo de la Universidad Técnica de Munich (TUM) ha desarrollado ahora una metodología con una resolución de quintillonésimas de segundo. La nueva tecnología podría mejorar la comprensión de procesos como la fotosíntesis y contribuir al desarrollo de chips de computadora más rápidos.

Un paso intermedio importante en muchos procesos químicos es la ionización. Un ejemplo típico de esto es la fotosíntesis. Las reacciones tardan solo unos pocos femtosegundos (cuadrillonésimas de segundo), o incluso unos cientos de attosegundos (quintillonésimas de segundo). Porque corren extremadamente rápido, solo se conocen los productos iniciales y finales, pero no las rutas de reacción o los productos intermedios.

Para observar estos procesos ultrarrápidos, la ciencia necesita una tecnología de medición que sea más rápida que el propio proceso observado. La denominada "espectroscopia de bomba-sonda" lo hace posible. Aquí, la muestra se excita mediante un pulso láser inicial, que pone en movimiento la reacción. Un segundo, El pulso retardado consulta el estado momentáneo del proceso. Varias repeticiones de la reacción con diferentes retrasos de tiempo dan como resultado imágenes de stop-motion individuales, que luego se puede compilar en un clip de película.

Ahora, un equipo de científicos encabezado por Birgitta Bernhardt en TU Munich ha combinado dos técnicas de espectroscopía de bomba-sonda utilizando el criptón de gas inerte. Esto les permitió visualizar los procesos de ionización ultrarrápidos con una precisión que antes era imposible.

"Antes de nuestro experimento, se puede observar qué parte de la luz excitante fue absorbida por la muestra a lo largo del tiempo o medir qué tipo y cuántos iones se crearon en el proceso, "explica Bernhardt." Ahora hemos combinado las dos técnicas, lo que nos permite observar los pasos precisos por los cuales se produce la ionización, cuánto tiempo existen estos productos intermedios y qué provoca precisamente el pulso láser excitante en la muestra ".

Procesos ultrarrápidos bajo control

La combinación de las dos técnicas de medición permite a los científicos registrar los procesos de ionización ultrarrápidos y, gracias a la variación en la intensidad del segundo pulso láser de palpación, también pueden controlar e influir en la dinámica de ionización.

"Este tipo de control es un instrumento muy poderoso, "explica Bernhardt." Si podemos comprender con precisión e incluso influir en los procesos de ionización rápida, podemos aprender mucho sobre los procesos impulsados ​​por la luz como la fotosíntesis, especialmente sobre los momentos iniciales en los que esta compleja maquinaria se pone en movimiento y que no se entendía hasta la fecha ".

La tecnología desarrollada por Bernhardt y sus colegas también es interesante para el desarrollo de nuevos chips de computadora más rápidos en los que la ionización del silicio juega un papel importante. Si los estados de ionización del silicio no solo se pueden muestrear en una escala de tiempo tan corta, pero también se puede configurar, como sugieren los primeros experimentos con kriptón, los científicos podrían algún día usar esto para desarrollar tecnologías informáticas novedosas e incluso más rápidas.