Cuando los electrones se mueven dentro de una molécula o semiconductor, esto ocurre en escalas de tiempo inimaginablemente cortas. Un equipo sueco-alemán, en el que figura el Dr. Jan Vogelsang de la Universidad de Oldenburg, ha logrado avances significativos hacia una mejor comprensión de estos procesos ultrarrápidos:los investigadores pudieron seguir la dinámica de los electrones liberados de la superficie de los cristales de óxido de zinc utilizando pulsos láser con resolución espacial en el rango nanométrico y con una resolución temporal nunca antes alcanzada.
Con estos experimentos, el equipo demostró la aplicabilidad de un método que podría utilizarse para comprender mejor el comportamiento de los electrones en nanomateriales y nuevos tipos de células solares, entre otras aplicaciones. Investigadores de la Universidad de Lund, incluida la profesora Dra. Anne L'Huillier, una de las tres premios Nobel de física del año pasado, participaron en el estudio publicado en la revista Advanced Physics Research. .
En sus experimentos, el equipo de investigación combinó un tipo especial de microscopía electrónica conocida como microscopía electrónica de fotoemisión (PEEM) con tecnología de física de attosegundos. Los científicos utilizan pulsos de luz de duración extremadamente corta para excitar electrones y registrar su comportamiento posterior. "El proceso es muy parecido al flash que captura un movimiento rápido en la fotografía", explicó Vogelsang. Un attosegundo es increíblemente corto:sólo una milmillonésima de milmillonésima de segundo.
Como informa el equipo, hasta ahora experimentos similares no habían logrado alcanzar la precisión temporal necesaria para seguir el movimiento de los electrones. Las diminutas partículas elementales giran mucho más rápido que los núcleos atómicos más grandes y pesados. Sin embargo, en el presente estudio, los científicos combinaron las dos técnicas tecnológicamente exigentes, la microscopía electrónica de fotoemisión y la microscopía de attosegundos, sin comprometer ni la resolución espacial ni la temporal.
"Por fin hemos llegado al punto en el que podemos utilizar pulsos de attosegundos para investigar en detalle la interacción de la luz y la materia a nivel atómico y en nanoestructuras", afirmó Vogelsang.
Un factor que hizo posible este progreso fue el uso de una fuente de luz que genera una cantidad particularmente alta de destellos de attosegundos por segundo; en este caso, 200.000 pulsos de luz por segundo. Cada destello liberó, en promedio, un electrón de la superficie del cristal, lo que permitió a los investigadores estudiar su comportamiento sin que se influyeran entre sí. "Cuantos más impulsos por segundo se generen, más fácil será extraer una pequeña señal de medición de un conjunto de datos", explicó el físico.
El laboratorio de Anne L'Huillier en la Universidad de Lund (Suecia), donde se llevaron a cabo los experimentos del presente estudio, es uno de los pocos laboratorios de investigación en todo el mundo que cuenta con el equipo tecnológico necesario para tales experimentos.
Vogelsang, investigador postdoctoral en la Universidad de Lund de 2017 a 2020, está montando actualmente un laboratorio experimental similar en la Universidad de Oldenburg. En el futuro, los dos equipos planean continuar sus investigaciones y explorar el comportamiento de los electrones en diversos materiales y nanoestructuras.
Más información: Jan Vogelsang et al, Microscopía electrónica de fotoemisión con resolución temporal en una superficie de ZnO utilizando un par de pulsos de attosegundos ultravioleta extremo, Investigación en física avanzada (2023). DOI:10.1002/apxr.202300122
Proporcionado por Carl von Ossietzky-Universität Oldenburg
