En una serie de experimentos realizados en el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del Departamento de Energía en California, los investigadores dirigieron intensos pulsos de rayos X a materiales a nanoescala fabricados a partir del compuesto niquelato de neodimio. Cuando los rayos X incidieron en el material, emitieron electrones energéticos, que luego se midieron con un espectrómetro.
Lo que desconcertó a los científicos fueron las propiedades de estos electrones emitidos. Esperaban observar electrones que habían ganado energía y se movían más rápido después de absorber rayos X. En cambio, descubrieron que la velocidad de los electrones había disminuido y se comportaban como si fueran mucho más pesados de lo esperado.
El Dr. Juncong Zhang, investigador postdoctoral en SLAC y coautor del estudio, explicó:"Era como si los electrones se hubieran puesto pequeñas 'capas' virtuales, lo que los ralentizaba y los hacía parecer más masivos".
El comportamiento observado no puede explicarse mediante las teorías físicas tradicionales, que predicen que cuando las partículas ganan energía, se mueven más rápido. Más bien, sugiere la existencia de interacciones o mecanismos en estos materiales que alteran la forma en que los electrones se comportan cuando interactúan con fotones de alta energía.
El equipo de investigación cree que el efecto implica la interacción entre los electrones y las vibraciones de la red del material, lo que conduce a una reorganización temporal de la estructura electrónica del niquelato de neodimio. Estas interacciones dinámicas dan lugar al fenómeno de los "electrones pesados".
El Dr. Zahid Hussain, científico senior de SLAC y coautor del estudio, afirmó:"Nuestras observaciones indican que los electrones pueden exhibir nuevas propiedades intrigantes cuando se desequilibran por estímulos intensos y ultrarrápidos como un pulso de rayos X".
Los hallazgos, publicados en la revista Science, son importantes para comprender el comportamiento de los electrones en condiciones extremas y podrían arrojar luz sobre las interacciones electrónicas en materiales complejos. Este conocimiento podría tener implicaciones en campos como la superconductividad y el desarrollo de nuevos materiales con propiedades electrónicas deseables.
Más allá de su importancia científica, la investigación también destaca la capacidad de instalaciones avanzadas de rayos X como la fuente de luz coherente SLAC Linac (LCLS) para investigar procesos ultrarrápidos en materiales y capturar detalles sin precedentes de su comportamiento electrónico.
