La distribución de electrones en los metales de transición, que representan una gran parte de la tabla periódica de elementos químicos, es responsable de muchas de sus propiedades interesantes utilizadas en las aplicaciones. Las propiedades magnéticas de algunos de los miembros de este grupo de materiales son,por ejemplo, explotados para el almacenamiento de datos, mientras que otros exhiben una excelente conductividad eléctrica. Los metales de transición también tienen un papel decisivo para los materiales novedosos con un comportamiento más exótico que resulta de fuertes interacciones entre los electrones. Estos materiales son candidatos prometedores para una amplia gama de aplicaciones futuras..
En su experimento, cuyos resultados informan en un artículo publicado hoy en Física de la naturaleza , Mikhail Volkov y sus colegas en el grupo Ultrafast Laser Physics de la Prof. Ursula Keller expusieron láminas delgadas de los metales de transición titanio y circonio a pulsos láser cortos. Observaron la redistribución de los electrones al registrar los cambios resultantes en las propiedades ópticas de lametales en el dominio ultravioleta extremo XUV. Para poder seguir los cambios inducidos con suficiente resolución temporal, se utilizaron pulsos XUV con una duración de solo unos pocos cientos de attosegundos 10 ^ -18 s en la medición.Los resultados experimentales con modelos teóricos, desarrollados por el grupo del Prof. Angel Rubio en el Instituto Max Planck para la Estructura y Dinámica de la Materia en Hamburgo, los investigadores establecieron que el cambio se desarrolla en menos de un femtosegundo 10 ^ -15 sse debe a una modificación de la localización de electrones en la vecindad de los átomos de metal. La teoría también predice que en metales de transición con electrones externos más fuertemente llenosse espera un movimiento opuesto, es decir, una deslocalización de los electrones.
Control ultrarrápido de las propiedades del material
La distribución de electrones define los campos eléctricos microscópicos dentro de un material, que no solo mantienen un sólido unido sino que también determinan en gran medida sus propiedades macroscópicas. Al cambiar la distribución de electrones, uno puede dirigir las características de un material comoEl experimento de Volkov et al. demuestra que esto es posible en escalas de tiempo que son considerablemente más cortas que el ciclo de oscilación de la luz visible alrededor de dos femtosegundos. Aún más importante es el hallazgo de que las escalas de tiempo son mucho más cortas.-llamado tiempo de termalización, que es el tiempo dentro del cual los electrones eliminarían los efectos de un control externo de la distribución de electrones a través de colisiones entre ellos y con la red cristalina.
sorpresa inicial
Inicialmente, fue una sorpresa que el pulso láser condujera a una mayor localización de electrones en titanio y circonio. Una tendencia general en la naturaleza es que si los electrones unidos reciben más energía, serán menos localizados. El análisis teórico, que respalda las observaciones experimentales, mostró que el aumento de la localización de la densidad de electrones es un efecto neto resultante del relleno más fuerte de los característicos d-orbitales parcialmente llenos de los átomos de metales de transición. Para metales de transición que tienen d-orbitales que sonya más de la mitad lleno es decir, elementos más hacia la derecha en la tabla periódica, el efecto neto es lo contrario y corresponde a una deslocalización de la densidad electrónica.
hacia componentes electrónicos más rápidos
Si bien el resultado ahora reportado es de naturaleza fundamental, los experimentos demuestran la posibilidad de una modificación muy rápida de las propiedades del material. Dichas modulaciones se usan en electrónica y optoelectrónica para el procesamiento de señales electrónicas o la transmisión de datos. Si bien está presentelos componentes procesan flujos de señal con frecuencias en el rango de gigahercios 10 ^ 9 Hz, los resultados de Volkov y sus compañeros de trabajo indican la posibilidad de procesamiento de señales en frecuencias de petahercios 10 ^ 15 Hz. Estos hallazgos más bien fundamentales podrían por lo tanto informar el desarrollode las próximas generaciones de componentes cada vez más rápidos, y a través de esto indirectamente encuentran su camino en nuestra vida diaria.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Departamento de Física de Zurich . Original escrito por Lukas Gallmann. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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