Dos destellos de un attosegundo hacen visible el movimiento de los electrones
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Investigadores del Instituto Max Born han desarrollado un método de laboratorio en el que se utilizan pulsos de attosegundos tanto para excitar como para observar movimientos electrónicos. Mediante la denominada «espectroscopia de absorción de transitorios de attosegundos», el equipo logró resolver el movimiento oscilatorio de un hueco de electrón en iones de xenón con una duración de período de aproximadamente tres femtosegundos. Los resultados se han publicado ahora en Nature Communications.
Observación del movimiento de un hueco de electrón en iones Xe⁺. La figura superior muestra la variación de la absorción XUV en función del retardo; la flecha señala una estructura oscilante en torno a los 16 eV. La figura inferior muestra la evolución temporal de esta estructura con un periodo de aproximadamente 3 fs.
MBI | Evaldas Svirplys
Investigadores del Instituto Max Born han desarrollado un método de laboratorio en el que se utilizan pulsos de attosegundos tanto para la excitación como para la observación de movimientos electrónicos. Mediante la denominada «espectroscopia de absorción transitoria totalmente en attosegundos», el equipo logró resolver el movimiento oscilatorio de un hueco de electrón en iones de xenón con una duración de período de aproximadamente tres femtosegundos. Los resultados se han publicado ahora en Nature Communications.
Los movimientos electrónicos determinan las primeras etapas de prácticamente todos los procesos inducidos por la luz en la naturaleza, desde el primer paso de una reacción química hasta el transporte de carga en un sólido. Sin embargo, estos procesos transcurren tan rápidamente que solo pueden observarse con destellos de luz de unos pocos cientos de attosegundos de duración. Un attosegundo equivale a una milmillonésima parte de una milmillonésima de segundo. En la mayoría de los experimentos de attosegundos realizados hasta ahora, se combinaba un pulso de attosegundos en el ultravioleta extremo (XUV) con un pulso de infrarrojo cercano más prolongado y, a menudo, intenso. Estos campos pueden influir en el sistema estudiado y superponerse a su respuesta electrónica intrínseca. En cambio, en el nuevo enfoque, tanto el pulso de bombeo como el de sonda son pulsos de attosegundos en el ultravioleta extremo (XUV). De este modo, se obtiene una visión potencialmente mucho más fiel de la dinámica subyacente.
Los investigadores generaron pulsos de attosegundos de una duración de aproximadamente 270 attosegundos utilizando una fuente de armónicos superiores de laboratorio. El primer pulso extrajo un electrón de un átomo de xenón y generó el ion resultante en una superposición coherente de dos estados electrónicos muy próximos entre sí desde el punto de vista energético. El hueco resultante en la capa electrónica, lo que se conoce como «agujero de electrón», no permaneció estacionario, sino que se movió periódicamente dentro del ion.
El segundo pulso de attosegundos registró este movimiento a partir de los cambios en el espectro de absorción del ultravioleta extremo. El período medido, de unos tres femtosegundos, se corresponde con el período de oscilación esperado a partir de la diferencia de energía entre los dos estados de espín-órbita. «Mediante el uso de pulsos de attosegundos en ambas etapas, podemos excitar y observar movimientos electrónicos sin aplicar un campo infrarrojo adicional de gran intensidad», explica Bernd Schütte, director del estudio. «De este modo, nos acercamos al objetivo de observar los procesos electrónicos mientras se desarrollan, sin influir de manera significativa en ellos».
El experimento supone un paso importante hacia una nueva generación de espectroscopia de attosegundos, que podrá llevarse a cabo en el laboratorio con fuentes intensas de luz de attosegundos. Al combinar una resolución temporal extrema con la capacidad de distinguir entre distintos estados electrónicos, el método podría revelar cómo se desplazan las cargas a través de las moléculas, cómo se redistribuye la energía electrónica y cómo surgen los primeros pasos decisivos de una reacción fotoquímica a partir de la interacción acoplada entre electrones y núcleos atómicos.
El potencial de este método va mucho más allá de los átomos y las moléculas. Aplicado a los sólidos, el método podría mostrar cómo se desarrollan el apantallamiento electrónico, los procesos de dispersión, la multiplicación de portadores de carga, la formación de excitones y la transferencia de carga a través de interfaces en escalas de tiempo que van desde los attosegundos hasta los femtosegundos. Estas mediciones podrían proporcionar una nueva perspectiva microscópica de los procesos que determinan el rendimiento de los semiconductores, los materiales cuánticos, los sistemas bidimensionales y los futuros componentes optoelectrónicos. A largo plazo, la espectroscopia de attosegundos podría abrir una vía no solo para observar los procesos electrónicos más rápidos que determinan la reacción de la materia a la luz, sino también, en última instancia, para controlarlos de forma selectiva.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
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