“Un Electrón Precisa 40 Attosegundos para Pasar A Través de Una Simple Capa de Átomos”

(“An Electron Takes 40 Attoseconds to Pass Through A Single Atom Layer”)

Publicado el 20 de enero de 2015.

Fuentes Consultadas: “Nanowerk” y el “Instituto Max Planck de Física Cuántica”

Traducción y Adaptación: Pablo Martín Agüero

(Nanowerk News) Un equipo internacional de investigadores de la “Universidad Tecnológica

de München” (Technische Universität München) y el “Instituto Max Planck de Óptica Cuán-

tica” en Garching ha medido cuán rápido corre un electrón a través de la capas atómicas de

un enrejado de cristal (“Observación Directa de la Propagación Directa y la Proyección Die-

léctrica Sobre la Escala de Longitud Atómica”) ("Direct observation of electron propagation

and dielectric screening on the atomic length scale"). Los físicos utilizaron un pulso láser

extremadamente corto para controlar la velocidad: De acuerdo a sus medidas, el electrón

necesita 40 attosegundos para pasar una capa de átomos de magnesio. Un attosegundo es

la billonésima parte de la billonésima parte de un segundo. El conocimiento preciso de có-

mo los electrones se mueven a través de un material podría asistir en el desarrollo de com-

ponentes en el desarrollo de componentes más pequeños y más rápidos.

Las dimensiones del tiempo en el cual los electrones se mueven dentro de los átomos son

casi imaginablemente cortas. Si son excitados por la luz, por ejemplo, cambian su “loca-

ción” mecánica cuántica en períodos de tiempo de meros attosegundos. Un equipo inter-

nacional liderado por Reinhard Kienberger, Profesor de “Física de Láser y Rayos X” en la

“Universidad Tecnológica de München” y Miembro de “Max Planck” en el “Instituto Max

Planck de Óptica Cuántica”, ahora ha determinado cuánto tiempo precisa para pasar a tra-

vés de una única capa atómica. Los investigadores descubrieron que un electrón de un cris-

tal de tungsteno se desplaza a través de átomos de magnesio, lo cual es sólo unas pocas bi-

llonésimas de un metro de espesor en 40 attosegundos.

Un Pulso Extremo Ultravioleta de Un Attosegundo Emite Electrones del Magnesio y del

Tungsteno

Los físicos aplicaron un número definido de capas de átomos de magnesio a un cristal de

tungsteno para su experimento, el cual involucró a científicos de la “Universidad Ludwig-

Maximilians- de München” y la “Universidad de Tecnología de Viena”. Ellos enviaron dos

pulsos de luz dentro de estas muestras. El primer pulso de luz duró casi 450 attosegundos

en frecuencias en la ultravioleta extrema. Este destello de luz penetró en el material y emi-

tió un electrón desde muy cerca hacia el núcleo atómico tanto desde las capas de magne-

sio como también del cristal de tungsteno debajo de ellas.

Al ser emitidos, el “electrón de tungsteno” y el “electrón de magnesio” se movieron a tra-

vés del cristal justo a través de su superficie, desde donde dejaron el cuerpo sólido. (Los e-

lectrones del cristal de tungsteno podían penetrar a través de cuatro capas de átomos de

magnesio en gran parte.) Las partículas aquí fueron afectadas por el campo eléctrico del

segundo pulso de láser, una onda infrarroja con una duración de menos de cinco femtose-

gundos (un femtosegundo es la milbillonésima parte de un segundo).

Una Contribución a Desarrollar Transistores Más Pequeños y Más Rápidos

Mientras el “electrón de tungsteno” y el “electrón de magnesio” también arribaron a la su-

perficie a tiempos diferentes debido a las diferentes longitudes de sus viajes, ellos experi-

mentaron el segundo pulso de luz infrarroja en tiempos diferentes, es decir, experimenta-

ron con diferentes fuerzas del campo eléctrico oscilante. En consecuencia, las dos partículas fue-

ron también aceleradas por diferentes grados. Desde las diferencias energéticas resultantes de

los electrones, los investigadores fueron capaces de determinar cuánto tiempo un electrón ne-

cesita para pasar a través de una capa de átomos.

Los experimentos proveen información cómo los electrones se mueven en el microcosmo. El

conocimiento de cuán rápido un electrón se mueve desde una locación a otra es también im-

portante para las aplicaciones: “Mientras una gran cantidad de electrones se mueven sobre

las distancias, las cuales son aún grandes en los transistores de hoy, por ejemplo, los electro-

nes individuales podrían transmitir una señal via nanoestructuras en el futuro,” dice Reinhard

Kienberger. “Esto significa que los dispositivos electrónicos, tales como las computadoras, po-

drían tornarse varias veces más rápidas más rápidas y más pequeñas.” Con el propósito de de-

sarrollar los componentes necesarios, los investigadores quieren obtener un mejor entendi-

miento de cuán rápido los electrones viajan por distancias pequeñas en tales elementos elec-

trónicos.