Los físicos de Ludwig-Maximilians-Universitaet LMU en Munich han desarrollado un microscopio electrónico de attosegundos que les permite visualizar la dispersión de la luz en el tiempo y el espacio, y observar los movimientos de los electrones en los átomos.
La más básica de todas las interacciones físicas en la naturaleza es la que existe entre la luz y la materia. Esta interacción tiene lugar en tiempos de segundos es decir, billonésimas de billonésima de segundo. Lo que sucede exactamente en un tiempo tan asombrosamente corto hasta ahora ha permanecido en gran medidaAhora un equipo de investigación dirigido por el Dr. Peter Baum y el Dr. Yuya Morimoto en LMU Munich y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica MPQ ha desarrollado un nuevo modo de microscopía electrónica, que permite observar esta interacción fundamental en tiempo real.tiempo y espacio real.
Para visualizar los fenómenos que ocurren en la escala de attosegundos, como la interacción entre la luz y los átomos, se necesita un método que mantenga el ritmo de los procesos ultrarrápidos a una resolución espacial en la escala atómica. Para cumplir con estos requisitos, Baum y Morimoto hacenuso del hecho de que los electrones, como partículas elementales, también poseen propiedades ondulatorias y pueden comportarse como los llamados paquetes de ondas.Los investigadores dirigen un haz de electrones hacia una lámina dieléctrica delgada, donde la onda de electrones se modula por irradiación conun láser orientado ortogonalmente. La interacción con el campo óptico oscilante acelera y desacelera alternativamente los electrones, lo que conduce a la formación de un tren de pulsos de attosegundos. Estos paquetes de onda consisten en aproximadamente 100 pulsos individuales, cada uno de los cuales dura aproximadamente 800 attosegundos.
Monitoreo de procesos ultrarrápidos
Para fines de microscopía, estos trenes de pulso de electrones tienen una gran ventaja sobre las secuencias de pulsos ópticos de attosegundos: tienen una longitud de onda mucho más corta. Por lo tanto, pueden emplearse para observar partículas con dimensiones de menos de 1 nanómetro, como los átomos.Estas características hacen que los trenes de pulso de electrones ultracortos sean una herramienta ideal para monitorear, en tiempo real, los procesos ultrarrápidos iniciados por el impacto de las oscilaciones de la luz sobre la materia.
En sus dos primeras pruebas experimentales del nuevo método, los investigadores de Munich convirtieron sus trenes de pulsos de attosegundos en un cristal de silicio y pudieron observar cómo se propagan los ciclos de luz y cómo se refractan, difractan y dispersan los paquetes de ondas de electrones en el espacioy el tiempo. En el futuro, este concepto les permitirá medir directamente cómo se comportan los electrones en el cristal en respuesta a los ciclos de luz, el efecto primario de cualquier interacción entre la materia y la luz. En otras palabras, el procedimiento alcanza un subatómicoy resolución del ciclo inferior a la luz, y los físicos ahora pueden monitorear estas interacciones fundamentales en tiempo real.
Su próximo objetivo es generar paquetes de ondas de electrones de attosegundos individuales, para seguir lo que sucede durante las interacciones subatómicas con una precisión aún mayor. El nuevo método podría encontrar aplicación en el desarrollo de metamateriales. Los metamateriales son artificiales, es decir, nanoestructuras de ingeniería, cuyos componentes eléctricosla permitividad y la permeabilidad magnética difieren significativamente de las de los materiales convencionales. Esto a su vez da lugar a fenómenos ópticos únicos, que abren perspectivas novedosas en óptica y optoelectrónica. De hecho, los metamateriales bien pueden servir como componentes básicos en las futuras computadoras impulsadas por la luz.
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Materiales proporcionado por Ludwig-Maximilians-Universität München . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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