Un nuevo método utiliza remolinos de luz para permitir a los investigadores observar estados cuánticos de electrones previamente invisibles. El método fue desarrollado por físicos de la Universidad Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU) y un equipo internacional de investigadores. Promete ofrecer nuevos conocimientos sobre el movimiento de los electrones, que es crucial para comprender las propiedades de los materiales como la conductividad eléctrica, magnetismo, y estructuras moleculares. El láser de electrones libres FERMI en Italia se utilizó para proporcionar pruebas experimentales y los resultados se publicaron en la revista. Fotónica de la naturaleza .

Los microscopios ópticos le dieron al mundo su primer vistazo del microcosmos de bacterias y células. Sin embargo, la longitud de onda de la luz limita la resolución de estos microscopios. "El mundo cuántico permanece invisible, "dice el Dr. Jonas Wätzel del Instituto de Física de MLU, quien es miembro del grupo de investigación dirigido por el profesor Jamal Berakdar. "En átomos, la expansión espacial de partículas cuánticas, como electrones, es muchas veces más pequeño que la longitud de onda de la luz, haciendo imposible la obtención de imágenes con microscopía óptica tradicional ".

Sin embargo, la luz puede transportar una cantidad considerable de energía. "Cuando la energía de un fotón es lo suficientemente fuerte como para eliminar un electrón del material, se llama efecto fotoeléctrico, "Wätzel explica. Este efecto fue predicho por Einstein. Los espectrómetros pueden detectar las propiedades del fotoelectrón emitido. La espectroscopia de fotoelectrones es actualmente la herramienta principal utilizada para analizar la estructura electrónica de un material". Muchos estados cuánticos no son excitados por fotones y, por lo tanto, permanecen invisibles , "Explica Wätzel.

Junto con un equipo internacional de investigadores, ha desarrollado un nuevo método para proporcionar más información al fotoelectrón. Para hacer esto, los físicos combinan rayos láser convencionales con remolinos de luz, los llamados vórtices ópticos. "Esto fuerza a las ondas de luz a una vía helicoidal con un momento angular. Cuando interactúan con la materia, se expulsan electrones y este movimiento helicoidal se transmite, "Explica Wätzel. Cuando esto se combina con espectroscopia, Se pueden detectar propiedades previamente invisibles del material. Cómo y si el fotoelectrón interactúa con la onda de luz retorcida y comienza a girar, depende en gran medida de las propiedades del material.

El experimento altamente complejo se realizó utilizando el láser de electrones libres FERMI, ubicado en Trieste, Italia. "Hubo una excelente concordancia entre las predicciones teóricas y los resultados de la medición, ", dice Wätzel." Este método de espectroscopía allana el camino para nuevos conocimientos sobre la estructura de la materia y su interacción con la luz. Cómo se ve una molécula, si gira en sentido horario o antihorario, si un material puede conducir electricidad o es magnético, todo depende de la estructura electrónica ". En efecto, el método se puede aplicar universalmente y se puede utilizar en una amplia gama de aplicaciones, desde la medicina hasta la electrónica y la ciencia de los materiales.