Los físicos de Munich han desarrollado un novedoso microscopio electrónico que puede visualizar campos electromagnéticos que oscilan a frecuencias de miles de millones de ciclos por segundo.
Los campos electromagnéticos que varían temporalmente son la fuerza impulsora detrás de toda la electrónica. Sus polaridades pueden cambiar a velocidades asombrosamente rápidas, y es difícil capturarlos en acción. Sin embargo, una mejor comprensión de la dinámica de la variación de campo encomponentes, como los transistores, es indispensable para futuros avances en la electrónica. Los investigadores del Laboratorio de Física de Attosegundos LAP, dirigido conjuntamente por Ludwig-Maximilians-Universität LMU y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica MPQ, ahoradio un paso importante hacia este objetivo, al construir un microscopio electrónico que puede obtener imágenes de campos electromagnéticos de alta frecuencia y rastrear su dinámica ultrarrápida.
Los dispositivos electrónicos con los que nos hemos familiarizado y utilizamos todos los días, sin excepción, funcionan con campos electromagnéticos cambiantes. Estos campos controlan el flujo de electrones en componentes como los transistores de 'efecto de campo' y son, en última instancia, responsablespara la manipulación, el flujo y el almacenamiento de datos en nuestras computadoras y teléfonos inteligentes. Una mejor comprensión de las formas de onda electromagnéticas y su reconfiguración ultrarrápida en componentes individuales ayudará a dar forma al futuro de la electrónica. Los físicos de LMU y MPQ que pertenecen al grupo de investigación en UltrafastElectron Imaging ha desarrollado un microscopio electrónico que está diseñado específicamente para el análisis de campos electromagnéticos que varían rápidamente.
Este instrumento utiliza pulsos ultracortos de luz láser, cada uno de los cuales dura unos pocos femtosegundos un femtosegundo equivale a una millonésima de mil millonésima 10 -15 de un segundo.Estos pulsos láser se utilizan para generar racimos de electrones compuestos por muy pocas partículas, que luego se comprimen temporalmente por la acción de terahercios 10. 12 Hz radiación infrarroja cercana.El equipo de Munich describió por primera vez esta estrategia a principios de este año en la revista ciencia , y demostró que puede generar pulsos de electrones que son más cortos que medio ciclo del campo óptico.
Los investigadores ahora muestran que estos pulsos de electrones ultracortos se pueden usar para mapear campos electromagnéticos de alta frecuencia. En el experimento, los pulsos se dirigen a una microantena que acaba de interactuar con una ráfaga de radiación de terahercios sincronizada con precisión. El pulso de luz excitaelectrones de superficie en la antena, creando así un campo óptico electromagnético oscilante en la vecindad inmediata el llamado campo cercano del objetivo. Cuando los pulsos de electrones están bajo la influencia del campo electromagnético inducido alrededor de la antena, sondispersos, y se registra el patrón de su deflexión. Sobre la base de la dispersión de los electrones desviados, los investigadores pueden reconstruir la distribución espacial, variación temporal, orientación y polarización de la luz emitida por la microantena.
"Para visualizar los campos electromagnéticos que oscilan a frecuencias ópticas, se deben cumplir dos condiciones importantes", explica el Dr. Peter Baum, quien dirigió el equipo y supervisó los experimentos. "La duración de cada pulso de un electrón y el tiempo que llevapara pasar a través de la región de interés, ambos deben ser menores que un solo período de oscilación del campo de luz. "Los pulsos de electrones usados en el experimento se propagan a velocidades aproximadamente iguales a la mitad de la velocidad de la luz.
Con su novedosa extensión del principio del microscopio electrónico, los físicos de Munich han demostrado que debería ser factible detectar y medir con precisión incluso los campos electromagnéticos más pequeños y de oscilación más rápida. Esto permitirá a los investigadores obtener una comprensión detallada de cómotransistores o interruptores optoelectrónicos operan a nivel microscópico.
La nueva tecnología también es de interés para el desarrollo y análisis de los llamados metamateriales. Los metamateriales son nanoestructuras sintéticas con patrones, cuya permeabilidad y permitividad para los campos eléctricos y magnéticos, respectivamente, se desvían fundamentalmente de las de los materiales que se encuentran en la naturaleza. Estoa su vez, da lugar a nuevos fenómenos ópticos que no se pueden realizar con materiales convencionales. Por lo tanto, los metamateriales abren perspectivas completamente nuevas en óptica y optoelectrónica, y podrían proporcionar los bloques de construcción básicos para la fabricación de componentes para circuitos impulsados por luz y computadoras.El enfoque de la caracterización de formas de onda electromagnéticas basado en el uso de la física de attosegundos nos acerca un paso más a la electrónica del futuro.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Óptica Cuántica . Original escrito por Thorsten Naeser. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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