Uso de flashes láser ultrarrápidos para generar y medir el pulso electrónico más corto hasta el momento

Usando flashes láser ultrarrápidos, los científicos de la Universidad de Rostock, en colaboración con investigadores del Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido en Stuttgart, generaron y midieron el pulso electrónico más corto hasta el momento. El pulso de electrones se creó utilizando un láser para eliminar electrones de una pequeña punta de metal y duró solo 53 attosegundos, que son 53 mil millonésimas de segundo. Este evento estableció un nuevo récord de velocidad para el control artificial de corrientes eléctricas en sólidos.

La investigación abre nuevos horizontes para desarrollar el desempeño de la electrónica y las tecnologías de la información, además de desarrollar nuevas metodologías científicas para visualizar fenómenos en el microcosmos a velocidades extremas.

¿Alguna vez se ha preguntado qué hace que su computadora y otros dispositivos electrónicos funcionen más lento o más rápido? Es el tiempo que tardan los electrones, algunas de las partículas más pequeñas de nuestro microcosmos, en fluir desde pequeños filamentos dentro de los transistores de chips electrónicos y formar pulsos. Los métodos para acelerar este proceso son fundamentales para hacer avanzar la electrónica y sus aplicaciones hasta sus límites de rendimiento. Pero, ¿cuál es el tiempo de flujo más corto posible para los electrones de un diminuto plomo metálico en Circuito?

باستخدام ومضات الليزر القصيرة للغاية ، استخدم فريق من الباحثين بقيادة البروفيسور إليفثيريوس جولييلماكيس ، رئيس مجموعة Extreme Photonics في معهد الفيزياء في جامعة روستوك ، والمتعاونون في معهد ماكس بلانك لأبحاث الحالة الصلبة في شتوتغارت: نبضات ليزر حديثة لإخراج الإلكترونات من طرف نانوي التنغستن لتوليد أقصر انفجار إلكتروني hasta ahora. Este trabajo fue publicado en naturaleza.

Si bien se sabe desde hace mucho tiempo que la luz puede liberar electrones de los metales (Einstein fue el primero en explicar cómo), este proceso es extremadamente difícil de manipular. El campo eléctrico de la luz cambia de dirección alrededor de un billón de veces por segundo, lo que dificulta el control de la forma en que se extraen los electrones de la superficie de los minerales.

Para superar este desafío, los científicos de Rostock y sus colegas utilizaron Tecnología moderna desarrollado previamente por su grupo, la síntesis de campo de luz, que les permitió acortar un destello de luz a menos de un giro completo en su propio campo. A su vez, usaron estos destellos para iluminar la punta de una aguja de tungsteno para liberar electrones en el vacío.

«Usando pulsos de luz que consisten en un solo ciclo de su campo, ahora es posible dar a los electrones una patada controlada con precisión para liberarlos de la punta de tungsteno en un período de tiempo muy corto», explica Eleftherios Goulielmakis, jefe del grupo de investigación.

Pero el desafío no se puede superar a menos que los científicos también encuentren una manera de medir qué tan cortas son estas explosiones de electrones. Para hacer frente a este obstáculo, el equipo desarrolló un nuevo tipo de cámara que puede tomar instantáneas de electrones durante el corto tiempo que el láser los expulsa de la nanopunta hacia el vacío.

«El truco fue usar un segundo destello de luz muy débil», dijo el Dr. Hee Young Kim, autor principal del nuevo estudio. «Un segundo destello láser puede confundir suavemente la energía de la explosión de electrones para ver cómo se verá con el tiempo. Es como un juego de ‘¿Qué hay en la caja?'». «Donde los jugadores intentan ubicar un objeto sin mirarlo, simplemente dándole la vuelta para sentir su forma con las manos».

Pero, ¿cómo se puede utilizar esta tecnología en la electrónica? «Con la tecnología avanzando rápidamente, es razonable esperar el desarrollo de circuitos electrónicos microscópicos en los que los electrones viajan en un espacio vacío entre conductores y obstáculos que los ralentizan», dice Goulielmakis. «Usar la luz para expulsar y empujar electrones entre estos filamentos podría acelerar la electrónica del futuro en varios miles de veces el rendimiento actual».

Pero los investigadores creen que su método recién desarrollado se utilizará directamente con fines científicos. dice el profesor Thomas Fennell, coautor de una nueva publicación.

«Debido a que nuestras ráfagas electrónicas brindan una excelente resolución para tomar instantáneas de los movimientos electrónicos y atómicos en los materiales, planeamos usarlas para obtener una comprensión profunda de los materiales complejos para facilitar sus aplicaciones en tecnología», dice Goulielmakis.