Estructuras de cristal en cámara súper lenta

Los investigadores son los primeros en lograr filmar una transición de fase con una resolución espacial y temporal extremadamente alta

26.01.2021 - Alemania

Los rayos láser pueden ser usados para cambiar las propiedades de los materiales de una manera extremadamente precisa. Este principio ya se utiliza ampliamente en tecnologías como los DVD regrabables. Sin embargo, los procesos subyacentes generalmente tienen lugar a velocidades tan inimaginablemente rápidas y a una escala tan pequeña que hasta ahora han eludido la observación directa. Investigadores de la Universidad de Göttingen y del Instituto Max Planck (MPI) de Química Biofísica de Göttingen han logrado filmar, por primera vez, la transformación por láser de una estructura cristalina con una resolución nanométrica y en cámara lenta en un microscopio electrónico.

El equipo, que incluye a Thomas Danz y al profesor Claus Ropers, aprovechó una propiedad inusual de un material formado por capas atómicamente finas de átomos de azufre y tántalo. A temperatura ambiente, su estructura cristalina se distorsiona en diminutas estructuras ondulatorias - se forma una "onda de densidad de carga". A temperaturas más altas, se produce una transición de fase en la que las ondas microscópicas originales desaparecen repentinamente. La conductividad eléctrica también cambia drásticamente, un efecto interesante para la nanoelectrónica.

En sus experimentos, los investigadores indujeron esta transición de fase con breves pulsos de láser y grabaron una película de la reacción de la onda de densidad de carga. "Lo que observamos es la rápida formación y crecimiento de las diminutas regiones en las que el material pasó a la siguiente fase", explica el primer autor Thomas Danz de la Universidad de Göttingen. "El Microscopio Electrónico de Transmisión Ultra-rápida desarrollado en Göttingen ofrece la mayor resolución temporal para este tipo de imágenes en el mundo actual." La característica especial del experimento radica en una técnica de imagen recientemente desarrollada, que es particularmente sensible a los cambios específicos observados en esta transición de fase. Los físicos de Göttingen lo utilizan para tomar imágenes compuestas exclusivamente por electrones que han sido dispersados por la ondulación del cristal.

Su enfoque de vanguardia permite a los investigadores obtener conocimientos fundamentales sobre los cambios estructurales inducidos por la luz. "Ya estamos en condiciones de transferir nuestra técnica de obtención de imágenes a otras estructuras cristalinas", dice el Profesor Claus Ropers, líder de Nano Óptica y Dinámica Ultra-rápida de la Universidad de Göttingen y Director del MPI para la Química Biofísica. "De esta manera, no sólo respondemos a preguntas fundamentales en la física del estado sólido, sino que también abrimos nuevas perspectivas para los materiales ópticamente intercambiables en el futuro, la nanoelectrónica inteligente".

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