Con la ayuda de la radiación de terahercios, los físicos de Munich han desarrollado un método para generar y controlar pulsos de electrones ultracortos. Con mejoras adicionales, esta técnica debería ser capaz de capturar incluso electrones en movimiento.
Ver cómo los átomos y electrones en un material responden a estímulos externos puede dar a los científicos una idea de los problemas no resueltos en la física del estado sólido, como la base de la superconductividad a alta temperatura y las muchas propiedades intrigantes de otros materiales exóticos. Pulsos cortos de electronesse puede usar para obtener imágenes de tales respuestas. Debido a sus propiedades de onda mecánica cuántica, cuando los electrones se dispersan de un cristal, interfieren entre sí para crear un patrón de difracción. Al registrar estos patrones, los investigadores pueden resolver el problema atómico y electrónicoestructura del material, resolviendo detalles más pequeños que el tamaño de un átomo.
Sin embargo, los pulsos de electrones cortos son difíciles de generar, porque los electrones llevan una carga y se mueven más lentamente que la velocidad de la luz. En particular, la tecnología de pulso de electrones aún tiene un largo camino por recorrer para lograr la resolución temporal requerida para capturar elmovimientos de electrones dentro de un material. Ahora, un equipo encabezado por el Dr. Peter Baum y el Prof. Ferenc Krausz del Laboratorio de Física de Attosegundos LAP, LMU y el Instituto Max-Planck de Óptica Cuántica MPQ ha logrado desarrollar unnueva técnica para controlar pulsos de electrones ultrarrápidos. Hasta la fecha, la tecnología de microondas se ha utilizado para controlar pulsos de electrones. Ahora, los investigadores de LMU y MPQ han utilizado, por primera vez, radiación de terahercios generada ópticamente. Utilizando esta técnica, el equipo fuecapaz de reducir la longitud de los pulsos de electrones significativamente. Además, el método tiene el potencial de visualizar no solo átomos, sino también electrones en movimiento.
La observación de átomos y sus movimientos requiere técnicas altamente especializadas. La microscopía electrónica y la difracción de electrones pueden proporcionar la resolución espacial para formar imágenes de átomos, pero la filmación de movimientos atómicos requiere velocidades de obturación ultracortas: cuanto más cortos son los pulsos de electrones, más nítidas son las imágenes del microcosmos.Los pulsos de electrones con duraciones en el rango de femtosegundos a attosegundos 10-15-10-18 s serían ideales para monitorear procesos dentro de la materia con la resolución requerida tanto en espacio como en tiempo, es decir, en cuatro dimensiones. Si bien ya es posible generarpulsos de luz extremadamente cortos con láser, los pulsos ópticos no tienen las longitudes de onda cortas requeridas para hacer que los átomos o las cargas en moléculas y sólidos sean directamente visibles. Los electrones son superiores a la luz en este contexto, porque sus longitudes de onda son 100,000 veces más cortas. Sin embargo, generan pulsos cortoses mucho más difícil de hacer con los electrones que con la luz, porque los electrones, a diferencia de los fotones, tienen masa en reposo yd carga.
Explotando las propiedades de la radiación THz
Al igual que la luz visible, la radiación de terahercios es una forma de radiación electromagnética. La longitud de onda de la radiación de terahercios es mucho más larga, sin embargo, cae en el rango entre las microondas y la luz infrarroja. Los investigadores dirigieron la radiación de terahercios pulsada y el haz de electrones a un especialantena, donde los electrones y los fotones de terahercios pueden interactuar. Orientaron el campo eléctrico de la radiación de terahercios de modo que los electrones que llegaron antes se desaceleraron y los electrones que llegaron más tarde se aceleraron. En estas condiciones, a medida que el pulso electrónico continúa propagándose,está comprimido, alcanzando una duración mínima en el lugar donde se dispersa de la muestra de material en estudio.
Además, los investigadores pueden determinar cuánto duran los pulsos de electrones cuando llegan a la posición de la muestra. Esto implica forzar a los pulsos de electrones a interactuar por segunda vez con la radiación de terahercios, pero esta vez los campos electromagnéticos de terahercios están orientados de tal manera queimpartir una desviación lateral a los electrones. Fundamentalmente, la extensión de la desviación depende del momento de la interacción de los electrones con el pulso de terahercios. Por lo tanto, los físicos han creado un cronómetro virtual de terahercios para los pulsos de electrones.
La nueva tecnología coloca a Baum y sus colegas en posición de acortar aún más los pulsos de electrones. Eso les permitirá registrar movimientos atómicos y electrónicos eventualmente más rápidos. El objetivo es rastrear los movimientos de attosegundos de las nubes cargadas en y alrededor de los átomos encon el fin de comprender mejor los fundamentos de la interacción entre la luz y la materia. Estas percepciones eventualmente pueden conducir a nuevos tipos de materiales y dispositivos fotónicos y electrónicos, impulsando las tecnologías del mañana.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Ludwig-Maximilians-Universität München . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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