Cámaras captan movimiento de electrones

Kiel (Alemania).- Físicos de la Universidad de Kiel ha logrado investigar el intercambio de energía de los electrones con su entorno en tiempo real y, por lo tanto, distinguir sus fases individuales.

En su experimento, irradiaron grafito con un pulso de luz intenso y ultra corto y filmaron el impacto en el comportamiento de los electrones. Una comprensión completa de los procesos fundamentales involucrados podría ser importante en el futuro para aplicaciones en componentes optoelectrónicos ultrarrápidos. El equipo de investigación ha publicado estos hallazgos en la edición actual de la revista Physical Review Letters.

Las propiedades de un material dependen del comportamiento de sus electrones y átomos constituyentes. Un modelo básico para describir el comportamiento de los electrones es el concepto del llamado gas Fermi, que lleva el nombre del ganador del Premio Nobel Enrico Fermi. En este modelo, los electrones en el material se consideran un sistema gaseoso. De esta manera, es posible describir sus interacciones entre sí.

ELECTRONES

Para seguir el comportamiento de los electrones sobre la base de esta descripción en tiempo real, el equipo de investigación de Kiel desarrolló un experimento para investigaciones con resolución temporal extrema: si una muestra de material se irradia con un pulso de luz ultrarrápido, los electrones se estimulan para un corto periodo de tiempo. Un segundo pulso de luz retardado libera algunos de estos electrones del sólido.

Un análisis detallado de estos permitió extraer conclusiones sobre las propiedades electrónicas del material después de la primera estimulación con luz. Una cámara especial filma cómo la energía luminosa introducida se distribuye a través del sistema de electrones.

Europa Press informó que la característica especial del sistema Kiel es su resolución temporal extremadamente alta de 13 femtosegundos. Esto lo convierte en una de las cámaras electrónicas más rápidas del mundo. "Gracias a la extremadamente corta duración de los pulsos de luz utilizados, podemos filmar los procesos ultrarrápidos en vivo. Nuestras investigaciones han demostrado que aquí está ocurriendo una cantidad sorprendente de cosas", explicó Michael Bauer, profesor de dinámica ultrarrápida.

Los experimentos del equipo de investigación de Kiel también confirman las predicciones teóricas por primera vez. Permiten una nueva perspectiva sobre un tema de investigación que apenas se ha investigado en esta breve escala de tiempo.

"A través de nuestras nuevas posibilidades técnicas, estos procesos complejos y fundamentales se pueden observar directamente por primera vez", dijo a Europa Press Bauer. Este enfoque también podría aplicarse en el futuro para investigar y optimizar movimientos ultrarrápidos de electrones agitados por la luz en materiales con propiedades ópticas prometedoras.

VELOCIDAD

El Economista reportó que las cámaras de alta velocidad que capturan 100.000 imágenes por segundo no llegan a la suela de los zapatos de la cámara de estos científicos

Un equipo de investigación en la Universidad de Lund en Suecia, ha estado estudiando el desarrollo de una cámara que puede capturar cinco trillones de imágenes por segundo, momentos tan cortos como 0,2 segundos. Lo más rápido hasta ahora eran las cámaras de alta velocidad que capturan 100.00 imágenes por segundo, lo que el equipo ha conseguido algo que hasta ahora era impensable.

La nueva cámara será capaz de capturar procesos que suceden rápidamente en las ramas de química, física, biología y biomedicina, que hasta ahora no han sido captadas en imágenes. La colección de fotones es capaz de capturar un evento gracias al trillón de imágenes por segundo. Uno de los ejemplos, es que los investigadores de la Universidad de Lund han capturado cómo viaja la luz, señaló la revista española.

Además, las cámaras de alta velocidad capturan imágenes una por una en una secuencia de tiempo. La metodología de la nueva cámara se basa en un algoritmo innovador, capturando varias imágenes codificadas en una secuencia de vídeo. En resumen, exponen lo que van a capturar a la luz en forma de destellos láser en los que cada haz de luz recibe un código único. El resultado es que el objeto refleja los destellos de luz combinados en una fotografía individual. Finalmente, se separan usando una clave de cifrado.

En un principio la nueva tecnología está pensada para ver qué es lo que ocurre en muchos de los procesos extremadamente rápidos que suceden en la naturaleza. Explosiones, destellos de plasma, combustión, actividad cerebral en los animales y reacciones químicas ya son algunos de los aspectos en los que están trabajando los investigadores. A largo plazo, esta tecnología ayudará a entender el porqué de muchos eventos sin respuesta.

RÉCORD DE VELOCIDAD EN FOTOGRAFÍA

El mayor beneficio de todo esto no es el nuevo récord de velocidad, sino que ahora es posible grabar cómo cambian las sustancias en un mismo proceso. Actualmente la única manera de observar estos momentos es fotografiar el proceso y luego poder editarlas para que aparezcan en vídeo.

Un área difícil de estudiar, por ejemplo, es la combustión. El propósito de la investigación es hacer que los motores de la próxima generación sean más ecológicos. La combustión está controlada por una serie de eventos súper-rápidos a nivel molecular, que ahora se pueden estudiar gracias a la nueva cámara fotográfica.

Gracias al desarrollo de la secuencia de trillones de imágenes por segundo, se podrá estudiar la química de las descargas plasmáticas, la vida útil en los ambientes de combustión y en el tejido biológico, así como hallar la forma en que se inician las reacciones químicas.

(El Economista, Agencias)