Recientemente, la Universidad de Columbia Británica ha desarrollado un nuevo tipo de fuente de láser ultravioleta extremo que implementa espectroscopia de emisión de luz resuelta en el tiempo, que puede visualizar el proceso de dispersión de electrones en un tiempo ultrarrápido.
La espectroscopia de emisión óptica puede registrar cuadro por cuadro cómo los electrones interactúan con ciertas vibraciones atómicas en sólidos, capturar el proceso de generación de resistencia en algunos materiales y el proceso de generación de superconductividad y otros fenómenos cuánticos macroscópicos en otros materiales. Los eventos de dispersión entre la vibración y los electrones se denominan fonones, que pueden hacer que los electrones cambien de dirección y energía. Esta interacción electrón-fonón es la base de muchas fases extrañas de la materia.
Los investigadores dijeron que la forma en que interactúan los electrones y su entorno microscópico determinan las propiedades de todos los sólidos. Una vez que hemos determinado las principales interacciones microscópicas que determinan las propiedades de los materiales, podemos encontrar formas de aumentar o disminuir las interacciones, obteniendo así electrones útiles. rendimiento.
Los investigadores utilizan pulsos de láser ultracortos para excitar electrones individuales de su entorno de equilibrio habitual; luego use un segundo pulso láser, el obturador de la cámara, para capturar los electrones que se dispersan más rápido que los átomos circundantes en una escala de tiempo de un billón de puntos. Un segundo es rápido. Los investigadores dijeron:" Debido a la alta sensibilidad de nuestro dispositivo, podemos medir directamente cómo los electrones excitados interactúan con vibraciones atómicas específicas o fonones por primera vez."
Los investigadores realizaron experimentos con grafito, utilizando espectroscopía de fotoemisión resuelta en tiempo y ángulo para excitar electrones en el grafito y monitorear su desintegración, mientras liberaban fonones. La constante de tiempo del proceso de desintegración proporciona información directa para el acoplamiento electrón-fonón que se produce en el sistema experimental. Los investigadores dicen que el proceso de dispersión que produce resistencia puede limitar la aplicación de la electrónica basada en carbono en el campo de la nanoelectrónica.
Controlar la interacción entre electrones y átomos es importante para la aplicación de materiales cuánticos, incluidos los superconductores. Los superconductores se utilizan en máquinas de resonancia magnética y trenes de levitación magnética de alta velocidad, y se pueden utilizar para la transmisión de energía en el futuro. El profesor Andrea Damaselli dijo:" Al aplicar estas tecnologías de vanguardia, ahora estamos a punto de desvelar el misterio de la superconductividad de alta temperatura y muchos otros fenómenos fascinantes de la materia cuántica."
(Fotos principales de la Universidad de Columbia Británica)
