Detección del «baile» de electrones sincronizado en partículas diminutas
Una nueva investigación financiada en parte por los proyectos europeos SoftMeter y TOMATTO(se abrirá en una nueva ventana) muestra cómo los electrones, al ser excitados por pulsos de luz ultrarrápidos, se desplazan al unísono en torno a una partícula de tamaño subnanométrico. El equipo de investigación logró medir este «baile» de electrones con una precisión extraordinaria, en lo que representa la primera medición de este tipo a una escala tan pequeña. Sus resultados no solo aportan nueva información sobre la dinámica sincronizada de los electrones en sistemas subnanométricos, sino que también sientan las bases para futuros desarrollos de aplicaciones nanoplasmónicas. Este fenómeno, conocido como «resonancia plasmónica», permite a los electrones moverse al unísono y atrapar luz durante breves instantes. Esta capacidad se ha aplicado en campos que van desde la conversión de la luz en energía química hasta la mejora de dispositivos fotosensibles. Hasta ahora, medir la resonancia plasmónica en tiempo real solo había sido posible en sistemas con un tamaño de 10 nanómetros o más, debido a la escala temporal ultrarrápida a la que se produce el fenómeno. Pero gracias a los avances en tecnología láser, esto ya no es así. Tal y como describen los investigadores en su artículo(se abrirá en una nueva ventana) publicado en «Science Advances», lograron registrar con precisión el comportamiento de los electrones en moléculas de carbono con forma esférica. Estas moléculas, similares a un balón de fútbol, se denominan «buckminsterfulerenos» o «buckybolas». El equipo utilizó pulsos de attosegundos —ráfagas de luz extremadamente breves, que duran una milmillonésima parte de una milmillonésima de segundo— para provocar y medir el movimiento de los electrones en estas moléculas, cuyo diámetro es de apenas 0,7 nanómetros. Cronometraron con precisión el proceso desde el momento en que los pulsos de luz excitaban a los electrones hasta el instante en que estos eran emitidos, liberando el exceso de energía de las «buckybolas».
Bailar al unísono
Cada ciclo duraba entre 50 y 300 attosegundos, y las mediciones revelaron que los electrones se comportaban con gran coherencia, oscilando al unísono. «Estos hallazgos demuestran, por primera vez, que las mediciones en attosegundos pueden proporcionar conocimientos valiosos sobre la resonancia plasmónica a escalas subnanométricas», comenta Shubhadeep Biswas, autor principal del estudio e investigador del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, en Alemania, y del Laboratorio Nacional del Acelerador Lineal de Stanford (SLAC, por sus siglas en inglés), en Estados Unidos, en una nota de prensa del SLAC(se abrirá en una nueva ventana). Este logro científico abre la puerta a la medición de una nueva variedad de partículas ultrapequeñas. «Con esta medición, estamos logrando comprender mejor la interacción entre la coherencia de los electrones y la confinación de la luz a escalas subnanométricas», comenta Matthias Kling, coautor principal del estudio, catedrático del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica y director de la Fuente de Luz Coherente del Acelerador Lineal del SLAC(se abrirá en una nueva ventana). «Este trabajo revela el potencial de las técnicas de attosegundos y abre el camino a nuevas formas de manipular electrones en tecnologías ultrarrápidas del futuro, que podrían funcionar a frecuencias hasta un millón de veces mayores que las actuales». Francesca Calegari, coautora principal del estudio y científica principal en el Sincrotrón de Electrones Alemán, entidad coordinadora del proyecto SoftMeter, comenta: «Esta investigación de vanguardia abre nuevas oportunidades para desarrollar plataformas ultracompactas de alto rendimiento, en las que se podrá controlar la interacción entre la luz y la materia aprovechando los efectos cuánticos que surgen a nanoescala». El proyecto TOMATTO (The ultimate Time scale in Organic Molecular opto-electronics, the ATTOsecond) finaliza en 2027, mientras que SoftMeter (Multi-messenger soft-field spectroscopy of molecular electronics at interfaces) lo hará en 2028. Para más información, consulte: Proyecto SoftMeter Sitio web del proyecto TOMATTO(se abrirá en una nueva ventana)
