Los pulsos de alta energía, producidos por el láser de rayos X de electrones libres de SLAC, la fuente de luz coherente Linac (LCLS), permitieron a los investigadores "ver" los núcleos atómicos en un material semiconductor vibrar y agitarse, y observar cómo los electrones corren y circulan. alrededor de ellos a casi la velocidad de la luz.
Las observaciones pueden ayudar a los científicos a diseñar nuevos materiales con propiedades electrónicas adaptadas, como las necesarias para componentes electrónicos más potentes, procesamiento de datos de alta velocidad y nuevos dispositivos optoelectrónicos.
El equipo de investigación de SLAC utilizó una línea de luz especial en LCLS llamada instrumento X-ray Pump-Probe, que está diseñado para observar procesos subatómicos en cámara lenta. La línea de luz tiene una "cámara" especial de rayos X para capturar con precisión las posiciones y movimientos de los electrones y núcleos en los materiales.
Los investigadores enviaron un breve e intenso pulso de rayos X a una muestra de arseniuro de galio, un material semiconductor, para sacar algunos de los electrones de sus órbitas alrededor de los núcleos atómicos. En el instante después de que los rayos X impactaran, un segundo pulso de rayos X más débil iluminó la muestra mientras los electrones se reorganizaban, proporcionando instantáneas de los átomos y sus arremolinadas nubes de electrones.
"Descubrimos que algunos de los electrones reaccionaron a los pulsos de rayos X más rápidamente de lo esperado", dijo el científico del SLAC y coautor del estudio, Jun-Sik Lee. "Básicamente, estaban surfeando sobre la ola creada por el pulso de rayos X, ganando energía extra y acelerando a velocidades increíblemente rápidas".
"Ver los electrones navegando fue una sorpresa, pero cuando analizamos cuidadosamente nuestras imágenes nos dimos cuenta de que no debería haber sido así", dijo Mike Dunne, director de Linac Coherent Light Source (LCLS), coautor del estudio. "Fue simplemente uno de esos casos en los que el comportamiento que observamos había sido predicho por otra persona; en este caso, por teóricos hace unos 70 años".
