La holografía se une a la espectroscopia: método de microscopía ultrarrápida para procesos ópticos
Un equipo de investigadores de Heidelberg y Milán desarrolla una novedosa técnica de microscopía para estudiar materiales energéticos
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Un método de microscopía extremadamente rápido para investigar la interacción de la luz y la materia permite estudiar procesos ópticos en escalas de tiempo muy cortas. Para ello, un equipo de investigación germano-italiano está combinando de forma innovadora la imagen holográfica con la espectroscopia ultrarrápida. De este modo, pueden observarse incluso fenómenos electrónicos y magnéticos de vida extremadamente corta, que desempeñan un papel fundamental en el desarrollo y la aplicación de nuevos materiales energéticos. La investigación se ha llevado a cabo en el marco de una colaboración internacional entre científicos del Instituto de Química Física de la Universidad de Heidelberg, la Universidad Politécnica de Milán y el Instituto de Fotónica y Nanotecnologías de Milán (Italia).
El núcleo de la investigación es un microscopio de bomba-sonda que se utiliza para realizar los llamados experimentos de excitación y detección. En este proceso, el material investigado se excita primero con un breve pulso de luz, mientras que un segundo pulso registra la respuesta en función del tiempo. Comparando las medidas tomadas con la excitación activada y desactivada, estos procesos pueden reconstruirse con precisión. "La combinación de la imagen holográfica con la espectroscopia ultrarrápida nos permite resolver espacialmente la dinámica electrónica y magnética y seguirla en escalas de tiempo que van de los femtosegundos a los picosegundos", explica la Dra. Julia Anthea Gessner, que investiga como jefa de proyecto en el Centro de Investigación Colaborativa 1249 "N-Heteropolíclos como materiales funcionales" y como jefa de grupo en el Instituto de Química Física.
El innovador método desarrollado por el equipo de investigación germano-italiano permite obtener simultáneamente imágenes de fenómenos electromagnéticos ultrarrápidos en amplios campos de visión, explica el Dr. Martin Hörmann, de la Universidad Politécnica de Milán. A diferencia de otras técnicas de microscopía, esto permite obtener imágenes de áreas a escala micrométrica y generar "películas" con resolución temporal de la dinámica de carga y espín de los electrones. Además, de este modo se pueden hacer visibles los cambios inducidos por la luz en las propiedades ópticas de los materiales. "Nuestro enfoque quiropráctico abre posibilidades totalmente nuevas para observar directamente procesos dinámicos en materiales complejos", afirma el Dr. Hörmann, que ha desempeñado un papel clave en la investigación actual junto con el Dr. Gessner y el doctorando Federico Visentin.
Esta técnica de imagen ultrarrápida de alta resolución está pensada principalmente para su uso con materiales energéticos. Estos materiales son relevantes para tecnologías sostenibles como células solares, LED, spin-LED o componentes electrónicos innovadores. "La técnica de microscopía aporta nuevos conocimientos sobre los procesos ópticos ultrarrápidos, en particular sobre cómo cambian en respuesta a la composición y estructura de los materiales", subraya el Prof. Dr. Felix Deschler, que investiga en el Instituto de Química Física de la Universidad de Heidelberg. Según el Prof. Dr. Franco V. A. Camargo, científico del Instituto de Fotónica y Nanotecnologías de Milán, la investigación sobre la interacción de la luz y la materia puede aportar importantes conocimientos para el desarrollo de componentes eficientes y duraderos para la optoelectrónica y la espintrónica.
La investigación ha sido financiada por la Unión Europea. Se llevó a cabo en el marco de las subvenciones de inicio concedidas a los profesores Deschler y Camargo por el Consejo Europeo de Investigación (CEI). Los resultados del estudio se publicaron en la revista "Nature Photonics".
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