Un equipo de físicos de Alemania, el .S. y el Reino Unido logró observar el movimiento de los electrones desde una capa atómicamente delgada a una adyacente con resolución espacial a nanoescala. El nuevo concepto de nanoscopia sin contacto, que muestra un gran potencial para la realización de investigaciones, materiales no conductores y superconductores, se presentará en el nuevo volumen de la revista científica Fotónica de la naturaleza .

La nanotecnología suena a ciencia ficción, pero ya es una parte integral de la electrónica moderna en las computadoras, teléfonos inteligentes y automóviles. El tamaño de los transistores y diodos ha alcanzado la nanoescala, correspondiente a sólo una millonésima de milímetro. Esto hace que los microscopios ópticos convencionales ya no sean suficientes para inspeccionar estas nanoestructuras. Para desarrollar nanotecnología innovadora del futuro, Los científicos han reemplazado el microscopio óptico con conceptos mucho más sofisticados, como microscopía electrónica o de túnel de barrido. Sin embargo, estas técnicas utilizan electrones en lugar de luz, que puede influir en las propiedades de los dispositivos a nanoescala. Es más, estas importantes técnicas de medición se limitan a muestras conductoras de electricidad.

Un equipo de físicos alrededor de Rupert Huber y Jaroslav Fabian en el Centro de Nanoscopía Ultrarrápida de Ratisbona (RUN) en la Universität Regensburg, junto con sus colegas Tyler Cocker de la Universidad Estatal de Michigan, NOSOTROS., y Jessica Boland de la Universidad de Manchester, REINO UNIDO., han introducido una nueva técnica que puede resolver el movimiento de electrones en la nanoescala sin contacto eléctrico. Mejor aún, el nuevo método también alcanza una resolución de tiempo de femtosegundos a una cuadrillonésima de segundo. La combinación de estas resoluciones espaciales y temporales extremas hace posible la grabación de películas en cámara lenta de dinámica de electrones ultrarrápida en la nanoescala.

El concepto detrás de la técnica es similar a las tecnologías de pago sin contacto. Estos métodos de pago se basan en frecuencias y protocolos establecidos en la macroescala, como la comunicación de campo cercano (NFC). Aquí, los científicos transfirieron esta idea a la nanoescala usando una punta metálica afilada como nano-antena, que se acerca a la muestra investigada. A diferencia de las técnicas establecidas en las que las puntas conducen una corriente a través de la muestra, el nuevo concepto utiliza un campo eléctrico alterno débil para escanear la muestra sin contacto. La frecuencia utilizada en los experimentos se eleva al rango espectral de terahercios, aproximadamente 100, 000 veces mayor que el utilizado en los escáneres NFC. Los cambios mínimos en estos campos eléctricos débiles permiten conclusiones precisas sobre el movimiento local de electrones dentro del material. La combinación de las mediciones con una teoría cuántica realista muestra que el concepto incluso permite resultados cuantitativos. Para lograr una alta resolución temporal, los físicos utilizaron pulsos de luz extremadamente cortos para registrar instantáneas nítidas del movimiento de los electrones a distancias nanométricas.

El equipo eligió una muestra de una nueva clase de material llamada dicalcogenuros de metales de transición, que se puede producir en capas atómicamente delgadas, como su primera muestra de prueba. Cuando estas hojas se apilan bajo ángulos libremente elegidos, surgen nuevos sólidos artificiales con nuevas propiedades materiales, que se investigan de manera destacada en el Collaborative Research Center 1277 en Regensburg. La muestra en estudio se hizo a partir de dos dicalcogenuros atómicamente delgados diferentes para probar la pieza central de una célula solar futurista. Al iluminar la estructura con luz verde, surgen portadores de carga que se mueven en una u otra dirección dependiendo de su polaridad:el principio básico de una célula solar, que convierte la luz en electricidad. Los científicos observaron la separación de carga ultrarrápida en el espacio y el tiempo con precisión nanométrica. Para su sorpresa, la separación de carga incluso funciona de manera confiable cuando las capas de dicalcogenuro se colocan sobre pequeñas impurezas como una mini alfombra, información importante para optimizar estos nuevos materiales para el uso futuro en células solares o chips de computadora.

"Estamos ansiosos por registrar más fascinantes procesos de transferencia de carga en el aislamiento, materiales conductores y superconductores, "dice Markus Plankl, primer autor de la publicación.

El colega postdoctoral y coautor Thomas Siday dice:"Los conocimientos sobre el transporte ultrarrápido en la longitud y las escalas de tiempo relevantes nos ayudarán a comprender cómo la construcción de túneles da forma a las funcionalidades en una amplia gama de sistemas de materia condensada".