Investigadores del Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz (MPL) y la Universidad Friedrich-Alexander-Erlangen-Nürnberg (FAU) han descubierto eventos estadísticos extremos y muy inusuales en las distribuciones de números de electrones obtenidas cuando se iluminan puntas de agujas metálicas de tamaño nanométrico. con pulsos ultracortos de luz cuántica brillante.

Los resultados, publicados recientemente en la revista Nature Physics , demuestran que el número de electrones está influenciado por las estadísticas de la luz y contribuye a una comprensión más profunda del proceso de emisión de electrones. Estos hallazgos ayudarán a mejorar aún más los microscopios electrónicos.

En un proyecto colaborativo, equipos dirigidos por la Prof. Maria Chekhova del MPL y el Prof. Peter Hommelhoff de la FAU están investigando cómo la luz cuántica extremadamente fuerte puede interactuar con la materia. Los investigadores iluminan puntas de agujas metálicas de tamaño nanométrico con pulsos de luz clásica y luz cuántica. Detectan los electrones liberados del metal y estudian sus propiedades estadísticas.

Los electrones activados por la luz clásica siguen una distribución Poissoniana, lo que significa que cada electrón se emite independientemente de los demás. El número de electrones emitidos bajo el efecto de la luz clásica varía sólo ligeramente de un pulso a otro. Al pasar a una fuente de luz cuántica, el llamado vacío brillante comprimido, que presenta fuertes fluctuaciones en el número de fotones, los investigadores pudieron demostrar que las estadísticas de los fotones se pueden transferir a los electrones.

Utilizando un vacío brillante y comprimido, los científicos pudieron medir eventos estadísticos extremos con hasta 65 electrones de un pulso de luz, con un valor promedio de 0,27 electrones por pulso. En el caso de las estadísticas de Poisson, la probabilidad de que tal evento (un valor atípico supere la media en un factor de 240) sería tan baja como 10 ^-128 . Al cambiar el número de modos del vacío comprimido, los científicos pudieron adaptar la distribución del número de electrones según la demanda.

"Nuestros resultados muestran que las estadísticas de los fotones se imprimen desde la luz de conducción en los electrones emitidos, lo que abre la puerta a nuevos dispositivos sensores y ópticas de campo fuerte con luz cuántica y electrones", dice Maria Chekhova, líder del grupo de investigación en MPL.

Para ilustrar las dimensiones con un ejemplo de la vida cotidiana, Jonas Heimerl, Ph.D. estudiante, explica:"Si untas pasas en muffins, la probabilidad de encontrar un cierto número de pasas en el muffin sigue una distribución de Poisson. Supongamos que hay un promedio (media) de dos pasas por muffin. Por lo tanto, puede suceder que no hay pasas o cinco pasas en el muffin, pero en la mayoría de los casos habrá dos. Sin embargo, la probabilidad de obtener más de 50 pasas es imposible con una distribución de Poisson."

Los eventos multielectrónicos observados en estos experimentos fueron como encontrar 480 pasas en un solo panecillo, lo que definitivamente haría feliz a cualquier amante de las pasas.