La operación de componentes para computadoras futuras ahora se puede filmar en calidad HD, por así decirlo. Manish Garg y Klaus Kern, investigadores del Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido en Stuttgart, han desarrollado un microscopio para los procesos extremadamente rápidos quetiene lugar en la escala cuántica. Este microscopio, una especie de cámara HD para el mundo cuántico, permite el seguimiento preciso de los movimientos de los electrones hasta el átomo individual. Por lo tanto, debe proporcionar información útil cuando se trata de desarrollar extremadamente rápido y extremadamentepequeños componentes electrónicos, por ejemplo.
Los procesos que tienen lugar en el mundo cuántico representan un desafío incluso para los físicos más experimentados. Por ejemplo, las cosas que tienen lugar dentro de los componentes cada vez más poderosos de las computadoras o teléfonos inteligentes no solo suceden extremadamente rápido sino también dentro de un espacio cada vez más pequeñoCuando se trata de analizar estos procesos y optimizar los transistores, por ejemplo, los videos de los electrones serían de gran beneficio para los físicos. Para lograr esto, los investigadores necesitan una cámara de alta velocidad que exponga cada cuadro de este "video electrónico" por solounos pocos cientos de attosegundos. Un attosegundo es una billonésima de billonésima de segundo; en ese tiempo, la luz solo puede viajar a lo largo de una molécula de agua. Durante varios años, los físicos han utilizado pulsos láser de una longitud suficientemente corta comocámara de attosegundos.
Sin embargo, en el pasado, una imagen de attosegundo solo mostraba una instantánea de un electrón contra lo que era esencialmente un fondo borroso. Ahora, gracias al trabajo de Klaus Kern, Director del Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido, y Manish Garg, un científico del Departamento de Kern, los investigadores ahora también pueden identificar con precisión dónde se encuentra el electrón filmado hasta el átomo individual.
pulsos láser ultracortos combinados con un microscopio de túnel de barrido
Para hacer esto, los dos físicos usan pulsos láser ultracortos junto con un microscopio de túnel de exploración. Este último logra una resolución a escala atómica escaneando una superficie con una punta que está idealmente compuesta de un solo átomo. Túnel de electrones entrela punta y la superficie, es decir, cruzan el espacio intermedio aunque en realidad no tienen suficiente energía para hacerlo. Como la efectividad de este proceso de túnel depende en gran medida de la distancia que los electrones tienen que viajar, puede sersolía medir el espacio entre la punta y una muestra y, por lo tanto, representar incluso átomos y moléculas individuales en una superficie. Hasta ahora, sin embargo, los microscopios de túnel de escaneo no lograban una resolución temporal suficiente para rastrear electrones.
"Al combinar un microscopio de túnel de exploración con pulsos ultrarrápidos, fue fácil utilizar las ventajas de los dos métodos para compensar sus respectivas desventajas", dice Manish Garg. Los investigadores disparan estos pulsos de luz extremadamente cortos en la punta del microscopio -- que se posiciona con precisión atómica - para activar el proceso de tunelización. Como resultado, esta cámara de alta velocidad para el mundo cuántico ahora también puede lograr una resolución HD.
Allanando el camino para la electrónica de ondas de luz, que es millones de veces más rápido
Con la nueva técnica, los físicos ahora pueden medir exactamente dónde están los electrones en un momento específico hasta el átomo individual y con una precisión de unos pocos cientos de attosegundos. Por ejemplo, esto puede usarse en moléculas que han tenido un electrón catapultadode ellos por un pulso de luz de alta energía, lo que hace que los portadores de carga negativa restantes se reorganicen y posiblemente causen que la molécula entre en una reacción química con otra molécula ". Los electrones que se filman en las moléculas viven, y en su escala espacial y temporal natural, es vital para comprender la reactividad química, por ejemplo, y la conversión de energía luminosa dentro de partículas cargadas, como electrones o iones ", dice Klaus Kern, Director del Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido.
Además, la técnica no solo permite a los investigadores rastrear el camino de los electrones a través de los procesadores y chips del futuro, sino que también puede conducir a una aceleración dramática de los portadores de carga: "En las computadoras actuales, los electrones oscilan a una frecuencia demil millones de hercios ", dice Klaus Kern." Utilizando pulsos de luz ultracortos, es posible aumentar su frecuencia a un billón de hercios. "Con este turboalimentador para ondas de luz, los investigadores podrían despejar el camino para la electrónica de ondas de luz, que es millonesveces más rápido que las computadoras actuales. Por lo tanto, el microscopio ultrarrápido no solo filma procesos en el mundo cuántico, sino que también actúa como el Director al interferir con estos procesos.
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Materiales proporcionado por Max-Planck-Gesellschaft . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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