Innovadora microscopía cuántica revela movimientos de electrones en cámara lenta

Investigadores de la Universidad de Stuttgart han desarrollado un innovador método de microscopía cuántica que permite la visualización de los movimientos de los electrones en cámara lenta, una hazaña hasta ahora inalcanzable.

El profesor Sebastian Loth, director general del Instituto de Materia Funcional y Tecnologías Cuánticas (FMQ), explica que esta innovación aborda cuestiones de larga data sobre el comportamiento de los electrones en sólidos, con importantes implicaciones para el desarrollo de nuevos materiales.

En materiales convencionales como metales, aislantes y semiconductores, los cambios a nivel atómico no alteran las propiedades macroscópicas.

Sin embargo, los materiales avanzados producidos en laboratorios muestran cambios dramáticos en sus propiedades, como pasar de aislantes a superconductores, con modificaciones atómicas mínimas.

Estos cambios ocurren en picosegundos y afectan directamente el movimiento de los electrones a escala atómica.

El equipo de Loth ha observado con éxito estos rápidos cambios aplicando un pulso eléctrico de un picosegundo a un material de niobio y selenio, estudiando el movimiento colectivo de los electrones en una onda de densidad de carga.

Descubrieron cómo impurezas individuales pueden alterar este movimiento colectivo, enviando distorsiones del tamaño de nanómetros a través del colectivo de electrones.

Esta investigación se basa en trabajos anteriores en los Institutos Max Planck de Stuttgart y Hamburgo.

Comprender cómo las impurezas detienen el movimiento de los electrones podría permitir el desarrollo específico de materiales con propiedades específicas, beneficioso para crear materiales de conmutación ultrarrápida para sensores o componentes electrónicos.

Loth enfatiza el potencial del diseño a nivel atómico para impactar las propiedades macroscópicas de los materiales.

El innovador método de microscopía combina un microscopio de efecto túnel, que ofrece resolución a nivel atómico, con espectroscopía de sonda de bomba ultrarrápida para lograr una alta resolución espacial y temporal.

La configuración experimental es muy sensible y requiere protección contra vibraciones, ruido y fluctuaciones ambientales para medir señales extremadamente débiles.

El microscopio optimizado del equipo puede repetir experimentos 41 millones de veces por segundo, lo que garantiza una alta calidad de la señal y los convierte en pioneros en este campo.

Fuente: EurekAlert