Muchas investigaciones recientes se han centrado en los materiales "topológicos", un curioso tipo de sólidos que se salen de la clasificación estándar de aislantes y conductores. Mientras que su masa es aislante, estas fases se caracterizan por canales conductores de la electricidad que apa ... más
Las oscilaciones de alto nivel armónico iluminan los movimientos atómicos y electrónicos en el hBN
Nuevos y detallados conocimientos sobre los movimientos atómicos
La luz láser puede cambiar radicalmente las propiedades de los materiales sólidos y convertirlos en superconductores o magnéticos o ponerlos en otros estados muy rápidamente. La luz intensa provoca estos cambios en millonésimas de segundo al "agitar" la estructura de la red atómica del material y poner en movimiento los electrones. Pero, ¿qué ocurre exactamente en este nivel elemental? ¿Cómo se mueven realmente los átomos y los electrones?
Ahora, un equipo de teóricos del Instituto Max Planck de Estructura y Dinámica de la Materia, en Hamburgo, ha encontrado una nueva forma de arrojar luz sobre estos movimientos atómicos. En la revista científica PNAS, los investigadores describen cómo un pulso láser genera una emisión de luz con frecuencias más altas del material, los llamados armónicos superiores. Sin embargo, esta luz de alta energía no permanece igual, sino que cambia con cada movimiento de la red. A través de su intensidad cambiante, los armónicos altos proporcionan así "instantáneas" de los movimientos de los átomos y electrones en cada momento preciso.
El equipo estudió una monocapa de nitruro de boro hexagonal (hBN) con un grosor de sólo un átomo, cuya red puede ser excitada para oscilar en unas decenas de femtosegundos. Después de que un primer pulso láser de "bombeo" haya desencadenado el movimiento colectivo de los átomos del material, un segundo pulso láser infrarrojo amplifica el movimiento de los electrones para que emitan luz con nuevas frecuencias: los armónicos altos. Éstas contienen información sobre las vibraciones de la red (también llamadas fonones), lo que proporciona a los científicos nuevos conocimientos detallados sobre estos movimientos atómicos.
Los resultados representan un gran avance en la comprensión de los cambios fundamentales de un material sólido irradiado por un láser intenso. El enfoque también triunfa por su eficacia, ya que hasta ahora estos movimientos elementales sólo podían observarse con fuentes de luz mucho más avanzadas.
Además, los científicos demostraron que las fases del primer láser también influyen en la interacción entre la luz y la capa de hBN en cuanto sus átomos comienzan a oscilar. De este modo, los investigadores* pueden determinar qué movimiento de la red fue provocado por cada fase del ciclo óptico del láser, como si pusieran en marcha un cronómetro en determinados momentos. El equipo ha desarrollado así una potente técnica espectroscópica con una resolución temporal extrema. Con este enfoque, los movimientos de la red pueden registrarse con una precisión de un femtosegundo, y sin necesidad de utilizar rayos X de alta energía o pulsos de attosegundo, que son técnicamente mucho más complejos.
"El resultado más importante de este trabajo es que proporciona una base para comprender qué papel desempeñan los fonones en las interacciones no lineales entre luz y materia", afirma el autor principal, Ofer Neufeld, del departamento de teoría del MPSD. "Con este enfoque, podemos estudiar la dinámica estructural de los femtosegundos en los sólidos, incluyendo las transiciones de fase, los estados mixtos luz-materia y también el acoplamiento entre electrones y fonones".
Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie
- electrones
-
Noticias
Por qué las cavidades ópticas frenan la velocidad de las reacciones químicas
Los procesos químicos nos rodean. Desde nuevos materiales hasta medicamentos o productos plásticos más eficaces, las reacciones químicas desempeñan un papel fundamental en el diseño de las cosas que usamos a diario. Los científicos buscan constantemente mejores formas de controlar estas rea ... más
Un equipo internacional de investigación dirigido por el Departamento de Materia Cuántica Microestructurada del MPSD informa de la primera observación de transporte quiral conmutable en un cristal estructuralmente aciral, el superconductor Kagome CsV₃Sb₅. Su trabajo se ha publicado en Natur ... más
-
Noticias
Elegantes experimentos con la luz
Científicos del departamento de Catálisis Homogénea han encontrado una nueva y elegante forma de utilizar la catálisis fotorreductora. Los investigadores del Max-Planck-Institut für Kohlenforschung han ampliado las herramientas moleculares para lograr síntesis eficientes y específicas: Para ... más
Un equipo de investigadores del MPQ ha observado por primera vez en un experimento cómo los huecos (portadores de carga positiva) en un modelo de estado sólido se combinan para formar pares. Este proceso podría desempeñar un papel importante en la comprensión de la superconductividad a alta ... más
Muchas investigaciones recientes se han centrado en los materiales "topológicos", un curioso tipo de sólidos que se salen de la clasificación estándar de aislantes y conductores. Mientras que su masa es aislante, estas fases se caracterizan por canales conductores de la electricidad que apa ... más
- 1Un nuevo método de refrigeración
- 2Rompiendo el amoníaco: Un nuevo catalizador para generar hidrógeno a partir de amoníaco a bajas temperaturas
- 3Los átomos de un cristal saltan de forma similar a las partículas cósmicas
- 4Un sistema solar convierte el plástico y los gases de efecto invernadero en combustibles sostenibles
- 5Una nueva forma de descontaminar el agua y el gas con una nueva zeolita de poro extragrande 3D
- 6De la carretera al plato: la lechuga absorbe aditivos tóxicos del desgaste de los neumáticos
- 7Convertir minas abandonadas en baterías
- 8La electroquímica convierte el carbono en moléculas útiles
- 9El telescopio espacial desvela el lado oscuro de la química del hielo preestelar
- 10Convertir los residuos plásticos en un valioso aditivo para el suelo
- Lubricantes para acero inoxidable
- Una gota de agua iluminada crea un "átomo óptico".
- Los meteoritos revelan el posible origen de las sustancias químicas volátile ...
- Aunar competencias europeas en el desarrollo de baterías de nueva generación ...
- Un robot con aspecto de hada vuela gracias a la fuerza del viento y la luz