Registrazione della danza sincronizzata degli elettroni in particelle piccolissime
Una nuova ricerca, sostenuta in parte dai progetti SoftMeter e TOMATTO(si apre in una nuova finestra) finanziati dall’UE, mostra come gli elettroni eccitati da impulsi di luce ultraveloci danzino all’unisono attorno a una particella di diametro inferiore a un nanometro. Il team di ricerca è riuscito a misurare questa danza di elettroni con una notevole precisione, rendendo così possibile per la prima volta una misurazione di questo tipo su una scala così piccola. Questi risultati offrono una nuova visione della natura del movimento sincronizzato degli elettroni in sistemi di dimensioni sub-nanometriche e aprono la strada a nuovi progressi nelle applicazioni nano-plasmoniche. Il movimento sincronizzato degli elettroni - risonanza plasmonica - è in grado di intrappolare la luce per brevi periodi di tempo. Questa capacità ha trovato applicazione in settori che vanno dalla conversione della luce in energia chimica al miglioramento dei gadget sensibili alla luce. Finora, tuttavia, le misurazioni della risonanza plasmonica in tempo reale erano possibili solo in sistemi larghi 10 nanometri o più, a causa dei tempi ultrarapidi in cui si verifica la risonanza. Grazie ai progressi della tecnologia laser, questo non è più vero. Come descrivono i ricercatori nel loro articolo(si apre in una nuova finestra) pubblicato su «Science Advances», sono stati in grado di registrare con precisione il comportamento degli elettroni in molecole di carbonio a forma di pallone da calcio sub-nanometriche chiamate buckminsterfullereni, o buckyball in breve. L’équipe ha utilizzato impulsi di attosecondi - brevissimi impulsi di luce della durata di un miliardesimo di miliardesimo di secondo - per innescare e misurare il movimento degli elettroni in queste molecole di 0,7 nanometri di diametro. Hanno cronometrato con precisione il processo dal momento in cui gli impulsi di luce hanno eccitato gli elettroni all’istante in cui questi sono stati emessi, rilasciando l’energia in eccesso dalle buckyball.
Ballare all’unisono
Ogni ciclo è durato tra i 50 e i 300 attosecondi e le misure hanno mostrato che gli elettroni si comportavano con una forte coerenza, oscillando all’unisono. «Questi risultati dimostrano, per la prima volta, che le misurazioni all’attosecondo possono fornire preziose informazioni sulle risonanze plasmoniche su scale più piccole di un nanometro», osserva Shubhadeep Biswas, autore principale dello studio e ricercatore presso il Max Planck Institute of Quantum Optics (Germania) e lo SLAC National Accelerator Laboratory (Stati Uniti), in una notizia SLAC(si apre in una nuova finestra). Questa svolta nella ricerca consente agli scienziati di misurare un’intera nuova gamma di particelle ultra-piccole. «Con questa misurazione, stiamo aprendo nuove prospettive sull’interazione tra la coerenza degli elettroni e il confinamento della luce su scala sub-nanometrica», afferma il co-autore senior Matthias Kling, professore presso il Max Planck Institute of Quantum Optics e direttore della Linac Coherent Light Source di SLAC(si apre in una nuova finestra). «Questo lavoro dimostra la potenza delle tecniche ad attosecondi e apre le porte a nuovi approcci per la manipolazione degli elettroni nella futura elettronica ultraveloce, che potrebbe funzionare a frequenze fino a un milione di volte superiori rispetto alla tecnologia attuale». L’autrice Francesca Calegari, scienziato capo del progetto SoftMeter e coordinatore di Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, osserva: «Questa ricerca all’avanguardia sta aprendo nuove strade per lo sviluppo di piattaforme ultracompatte e ad alte prestazioni, dove le interazioni luce-materia possono essere controllate sfruttando gli effetti quantistici che emergono su scala nanometrica». Il progetto TOMATTO (The ultimate Time scale in Organic Molecular opto-electronics, the ATTOsecond) termina nel 2027. SoftMeter (Multi-messenger soft-field spectroscopy of molecular electronics at interfaces) termina nel 2028. Per maggiori informazioni, consultare: progetto SoftMeter sito web del progetto TOMATTO(si apre in una nuova finestra)
