Logran primera observación directa del movimiento de los electrones en acción

Combinando la microscopía de efecto túnel con técnicas de la ciencia de attosegundos se ha logrado observar por primera vez el movimiento de la densidad electrónica.

Han observado, directamente y sin necesidad de utilizar ningún procedimiento de reconstrucción, el movimiento de los electrones en la molécula PTCDA,

La prueba inequívoca de que el movimiento observado corresponde efectivamente al que los electrones realizan en las moléculas, y no en el sustrato de oro o la punta del STM, se obtuvo a partir de elaborados cálculos computacionales realizados en supercomputadores.

Por lo tanto, el seguimiento de este movimiento, el cual ocurre en la escala temporal de los attosegundos es la clave maestra para comprender y eventualmente controlar reacciones químicas de cualquier tipo.

Las reacciones químicas son la consecuencia del movimiento de los electrones en las moléculas.

Un attosegundo es un intervalo de tiempo equivalente a una milésima de femtosegundo, o una millonésima de billonésima de segundo.

La relación entre un attosegundo y un segundo es similar a la proporción entre un segundo y la edad del Universo, es decir, unos quince mil millones de años.

Científicos alemanes han logrado recientemente generar y medir pulsos láser de tan solo 80 attosegundos de duración.

Por otro lado, la microscopía de efecto túnel (STM) mide la corriente eléctrica que aparece entre la punta y la muestra cuando se aplica una diferencia de potencial entre ambas.

Cuando la punta se encuentra a unos 10 Å de la muestra, los electrones fluyen hacia la punta por efecto túnel, o viceversa, según el signo del voltaje aplicado.

Para que esto suceda es necesario que la muestra sea conductora o semiconductora.

Sabemos que desde la década de los 80 del siglo pasado que la microscopía de efecto túnel permite observar directamente la densidad electrónica, sin necesidad de ningún tipo de reconstrucción, pero esta tecnología no es capaz de proporcionar por sí misma información dinámica en esta escala de tiempo ultrarrápida.

Por lo tanto, el objetivo final, la observación directa de los electrones en acción, tanto en tiempo real como en el espacio real, había permanecido hasta ahora inaccesible.

El equipo formado por científicos de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), el Instituto IMDEA Nanociencia y el Instituto Max Planck de Stuttgart (Alemania) han observado, directamente y sin necesidad de utilizar ningún procedimiento de reconstrucción, el movimiento de los electrones en la molécula dianhídrido perilentetracarboxílico (PTCDA), con una resolución espacial de angstrom (10-10 metros) y una resolución temporal de attosegundos.

En el experimento realizado en el laboratorio de Stuttgart se utilizó una combinación de dos pulsos láser con una duración de menos de 6 femtosegundos (milésimas de billonésimas de segundo) y con un retardo controlado de uno con respecto al otro.

Estos pulsos se hicieron incidir en una campana de ultravacío equipada con un STM, en la que previamente se habían depositado las moléculas de PTCDA en una superficie de oro.

La variación del retraso temporal entre los dos pulsos proporcionó así las imágenes de la densidad electrónica a distintos tiempos, generando la secuencia de fotogramas que permite visualizar directamente el movimiento de los electrones en las moléculas de PTCDA en la escala de attosegundos.

Fuente: Nature