Los electrones pueden comportarse de manera muy diferente dependiendo de cuánta energía tengan. El hecho de disparar un electrón con alta o baja energía a un cuerpo sólido determina qué efectos se pueden desencadenar.

Los electrones de baja energía pueden ser responsables, por ejemplo, del desarrollo de cáncer, pero, a la inversa, también pueden utilizarse para destruir tumores. También son importantes en tecnología, por ejemplo para la producción de estructuras diminutas en microelectrónica.

Estos electrones lentos, sin embargo, son extremadamente difíciles de medir. El conocimiento sobre su comportamiento en materiales sólidos es limitado y, a menudo, los científicos sólo pueden confiar en el método de prueba y error. Sin embargo, la Universidad Técnica de Viena ha logrado obtener nueva información valiosa sobre el comportamiento de estos electrones:los electrones rápidos se utilizan para generar electrones lentos directamente en el material.

Esto permite descifrar detalles que antes eran inaccesibles experimentalmente. El método ha sido presentado ahora en la revista Physical Review Letters. .

Dos tipos de electrones al mismo tiempo

"Estamos interesados ​​en saber qué hacen los electrones lentos dentro de un material, por ejemplo dentro de un cristal o dentro de una célula viva", dice el profesor Wolfgang Werner del Instituto de Física Aplicada de la Universidad Técnica de Viena. "Para saberlo, habría que construir un minilaboratorio directamente en el material para poder medir directamente in situ. Pero eso, por supuesto, no es posible."

Sólo se pueden medir los electrones que salen del material, pero eso no indica en qué parte del material fueron liberados ni qué les ha sucedido desde entonces. El equipo de TU Wien resolvió este problema con la ayuda de electrones rápidos que penetran en el material y estimulan varios procesos allí.

Por ejemplo, estos electrones rápidos pueden alterar el equilibrio entre las cargas eléctricas positivas y negativas del material, lo que puede provocar que otro electrón se desprenda de su lugar, viaje a una velocidad relativamente baja y, en algunos casos, escape del material. /P>

El paso crucial ahora es medir estos diferentes electrones simultáneamente. "Por un lado, introducimos un electrón en el material y medimos su energía cuando sale de nuevo. Por otro lado, también medimos qué electrones lentos salen al mismo tiempo del material", dice Werner. Y al combinar estos datos, es posible obtener información que antes era inaccesible.

No es una cascada salvaje, sino una serie de colisiones

La cantidad de energía que el electrón rápido ha perdido en su viaje a través del material proporciona información sobre hasta qué punto ha penetrado en el material. Esto a su vez proporciona información sobre la profundidad a la que los electrones más lentos fueron liberados de su lugar.

Estos datos ahora pueden utilizarse para calcular en qué medida y de qué manera los electrones lentos del material liberan su energía. Las teorías numéricas al respecto pueden validarse de forma fiable por primera vez utilizando los datos.

Esto generó una sorpresa:hasta ahora se pensaba que la liberación de electrones en el material se producía en cascada:un electrón rápido entra en el material y golpea a otro electrón, que luego es arrancado de su lugar, provocando que dos electrones se muevan. Estos dos electrones eliminarían entonces dos electrones más de su lugar, y así sucesivamente.

Los nuevos datos muestran que esto no es cierto:en cambio, el electrón rápido sufre una serie de colisiones, pero siempre retiene una gran parte de su energía y en cada una de estas interacciones sólo un electrón comparativamente lento se desprende de su lugar.

"Nuestro nuevo método ofrece posibilidades en ámbitos muy diversos", afirma Werner. "Ahora finalmente podemos investigar cómo los electrones liberan energía en su interacción con el material.

"Es precisamente esta energía la que determina si las células tumorales pueden destruirse, por ejemplo, en la terapia contra el cáncer, o si los detalles más finos de una estructura semiconductora pueden formarse correctamente en la litografía por haz de electrones."