Los rayos X son una forma de radiación electromagnética de alta energía con longitudes de onda más cortas que la luz ultravioleta. Cuando los rayos X interactúan con la materia, pueden desprender electrones de sus átomos, un proceso conocido como ionización. La dinámica de este proceso ocurre en escalas de tiempo increíblemente cortas, medidas en femtosegundos (una billonésima de segundo).
Para capturar esta dinámica ultrarrápida, los investigadores utilizaron una técnica llamada espectroscopia de fotoemisión resuelta en el tiempo. Esta técnica combina un láser de rayos X con un pulso láser ultracorto para excitar electrones y probar su respuesta simultáneamente. El láser de rayos X proporciona un pulso de rayos X de alta energía para inducir la ionización, mientras que el pulso láser ultracorto actúa como una luz estroboscópica, lo que permite a los investigadores tomar instantáneas de la dinámica de los electrones en diferentes momentos.
Utilizando este enfoque, el equipo dirigido por científicos del Instituto Max Planck para la Estructura y Dinámica de la Materia en Hamburgo, Alemania, logró capturar la dinámica de ionización de los átomos de criptón en tiempo real. Los experimentos revelaron una imagen detallada de cómo los electrones escapan de sus átomos originales, proporcionando información valiosa sobre los mecanismos subyacentes y las escalas de tiempo involucradas.
Los resultados mostraron que el proceso de ionización ocurre de manera gradual, con los electrones inicialmente ocupando estados intermedios antes de pasar a niveles de energía más altos o escapar completamente del átomo. El momento de estos pasos podría resolverse con una precisión sin precedentes, proporcionando una comprensión más profunda de las interacciones fundamentales a nivel atómico.
El estudio también reveló el papel de la correlación de electrones en el proceso de ionización. La correlación electrónica se refiere a las interacciones y correlaciones entre diferentes electrones dentro de un átomo. Al analizar los retrasos entre los pasos de ionización, los investigadores encontraron evidencia de fuertes efectos de correlación que influyen en la dinámica de la emisión de electrones.
La investigación proporciona información crítica sobre las interacciones fundamentales entre los rayos X y la materia, abriendo nuevas vías para explorar y controlar estas interacciones. Podría tener implicaciones para varios campos, incluidas las técnicas de imágenes de rayos X, como los láseres de electrones libres de rayos X, donde la dinámica ultrarrápida de la ionización juega un papel crucial en la formación de imágenes.
Comprender esta dinámica también puede contribuir al desarrollo de nuevos materiales con propiedades electrónicas personalizadas y un rendimiento mejorado para aplicaciones en electrónica, almacenamiento de energía y catálisis. Aprovechando el poder de la espectroscopia de fotoemisión de resolución temporal, los científicos pueden desentrañar los secretos de la dinámica electrónica ultrarrápida, allanando el camino para avances en diversas fronteras científicas y tecnológicas.
