Gracias a una nueva técnica de microscopía que permite captar imágenes a velocidades de attosegundos —una quintillonésima parte de un segundo—, ahora es posible observar el movimiento de estos diminutos pero fundamentales componentes de la materia en tiempo real.
Este desarrollo, denominado «attomicroscopía», fue publicado en la revista Science Advances y representa un salto cuántico en la capacidad de capturar procesos subatómicos extremadamente rápidos, algo que hasta ahora había sido imposible debido a las limitaciones tanto en resolución como en velocidad de los métodos existentes.
Fotografiando electrones
La microscopía electrónica de transmisión (TEM, por sus siglas en inglés) es una técnica que se utiliza para generar imágenes de las estructuras más pequeñas del mundo físico.
A diferencia de las cámaras convencionales que usan luz para formar imágenes, la TEM emplea un haz de electrones que atraviesa una muestra, y la interacción entre los electrones y la muestra produce la imagen. Sin embargo, la velocidad a la que se pueden tomar estas imágenes ha sido un obstáculo, dado que los electrones se mueven a velocidades cercanas a la de la luz.
Hasta ahora, los microscopios TEM podían emitir pulsos de láser que duraban unos pocos attosegundos, lo que permitía captar una serie de imágenes de electrones en movimiento.
No obstante, este enfoque presentaba un problema: las diferencias entre los pulsos eran demasiado grandes para capturar de manera precisa el rápido movimiento de los electrones, lo que provocaba la pérdida de información crucial entre un pulso y otro.
La innovación
Ahora un equipo de físicos de la Universidad de Arizona, liderado por Dandan Hui y Husain Alqattan, ha logrado un avance significativo en la observación del comportamiento de los electrones.
El equipo abordó el problema desarrollando un método que reduce la duración del pulso del haz de electrones a un solo attosegundo. Este avance se logró al dividir el pulso en tres: dos pulsos de luz y un pulso de electrones.
El primer pulso, conocido como «pulso de bombeo», inyecta energía en una muestra de grafeno, provocando que los electrones se agiten. A continuación, un segundo pulso de luz, llamado «pulso de puerta», crea una ventana durante la cual se dispara un único pulso de electrones a la muestra. Esta técnica captura los procesos subatómicos a velocidades de attosegundos, generando un mapa preciso de la dinámica de los electrones.
Importancia
«Nos permite tomar imágenes de cosas que antes no podíamos ver, como los electrones”, dijo el profesor Mohammed Hassan, miembro del equipo de investigación. “Con este microscopio, esperamos que la comunidad científica pueda comprender mejor la física cuántica detrás del comportamiento y movimiento de un electrón».
Este avance abre la puerta a nuevos estudios sobre el comportamiento de los electrones, lo que podría tener implicaciones significativas en el entendimiento de los procesos cuánticos. Además puede permitir el desarrollo de tecnologías futuras basadas en la manipulación de partículas subatómicas.