Cuando un fotón golpea un material, puede expulsar un electrón de él siempre que tenga suficiente energía. Albert Einstein encontró la explicación teórica de este fenómeno, que se conoce como efecto fotoeléctrico, en Berna durante su "año de maravillas" 1905Esa explicación fue una contribución crucial al desarrollo de la mecánica cuántica, que estaba en marcha en ese momento, y le valió el Premio Nobel de Física en 1921.
Un equipo internacional de físicos dirigido por Ursula Keller en el Instituto de Electrónica Cuántica del ETH Zurich ahora ha agregado una nueva dimensión a la investigación experimental de este importante efecto. Utilizando pulsos láser de attosegundos pudieron medir una pequeña diferencia de tiempo enla expulsión del electrón de una molécula dependiendo de la posición del electrón dentro de la molécula.
Procesos complejos en moléculas
"Durante bastante tiempo, las personas han estudiado la evolución temporal del efecto fotoeléctrico en los átomos", dice la estudiante de doctorado Jannie Vos, "pero hasta ahora se ha publicado muy poco sobre las moléculas".
Esto se debe principalmente al hecho de que las moléculas son considerablemente más complejas que los átomos individuales. En un átomo, el electrón más externo que se mueve alrededor del núcleo atómico es esencialmente catapultado fuera de su órbita. En una molécula, por el contrario, dos o más núcleoscompartir el mismo electrón. El lugar donde se ubica depende de la interacción entre los diferentes potenciales atractivos. Exactamente cómo se produce el efecto fotoeléctrico en tales condiciones solo ahora podría estudiarse en detalle.
Retardo de tiempo Wigner en estéreo
Para hacerlo, Keller y sus compañeros de trabajo utilizaron moléculas de monóxido de carbono, que consisten en dos átomos: un átomo de carbono y otro de oxígeno. Esas moléculas fueron expuestas a un pulso láser ultravioleta extremo que solo duró unos pocos segundos.Un attosegundo es la milmillonésima parte de una milmillonésima de segundo. La energía de los fotones ultravioleta arrancó un electrón de las moléculas, que posteriormente se rompió en sus átomos constituyentes. Uno de esos átomos se convirtió en un ion cargado positivamente en el proceso.
Usando un instrumento especial, los investigadores midieron las direcciones en las que los electrones e iones salieron volando. Un segundo pulso láser, que actuó como una especie de barra de medición, también les permitió determinar el instante preciso en el que el electrón salió delmolécula.
"De esta forma pudimos, por primera vez, medir el llamado retraso de tiempo de Stereo Wigner", explica Laura Cattaneo, quien trabaja como investigadora postdoctoral en el grupo de Keller. El retraso de tiempo de Wigner estéreo mide cuánto tiempo anteso más tarde, un electrón abandona la molécula si se encuentra cerca del átomo de oxígeno o del átomo de carbono cuando se produce la fotoionización.
Los pulsos láser extremadamente cortos permiten medir ese instante dentro de unos pocos segundos. A partir de esa información, a su vez, es posible determinar la ubicación del evento de ionización dentro de la molécula dentro de una décima de nanómetro.Los resultados experimentales concuerdan bien con las predicciones teóricas que describen la posición más probable de un electrón en el momento de la fotoionización.
Nuevas ideas con moléculas más grandes
A continuación, los investigadores de ETH quieren observar de cerca las moléculas más grandes, comenzando con el gas de la risa N2O. El átomo adicional en esa molécula ya hace que la descripción teórica sea un poco más difícil, pero al mismo tiempo los físicos esperanobtener nuevas ideas, por ejemplo, sobre la llamada migración de carga dentro de las moléculas, que desempeña un papel importante en el proceso químico.
En principio, incluso debería ser posible utilizar pulsos láser de attosegundos no solo para estudiar esos procesos, sino también para dirigirlos deliberadamente y así controlar las reacciones químicas en detalle. En este momento, sin embargo, tal attoquímica todavía es un largo caminofuera, como señala Jannie Vos: "En teoría, todo eso es muy emocionante, pero queda mucho por hacer antes de llegar allí".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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