Avances en espectroscopia
Nueva forma de medir las propiedades de la capa superficial de un material
Físicos de la Universidad de Texas en Arlington han desarrollado una nueva técnica que permite medir las propiedades de la capa atómica superior de los materiales sin incluir información de las capas subyacentes.
Varghese Chirayath, izquierda, y Alex Fairchild
UT Arlington
Los investigadores del Laboratorio de Positrones del Departamento de Física de la UTA utilizaron un proceso denominado adhesión de positrones mediada por barrena (AMPS) para desarrollar una novedosa herramienta espectroscópica que permite medir la estructura electrónica de la superficie de los materiales de forma selectiva.
Un nuevo artículo publicado en la revista Physical Review Letters (PRL), detalla la nueva técnica. Además, la revista en línea Physics publicó un artículo de Viewpoint sobre la publicación, titulado "Spectroscopy That Doesn't Scratch the Surface" (Espectroscopia que no rasca la superficie), que explica por qué el trabajo es importante para el campo.
Alex Fairchild, becario postdoctoral del Laboratorio de Positrones, es el autor principal del estudio. Entre los coautores se encuentran Varghese Chirayath, profesor adjunto de investigación; Randall Gladen, investigador postdoctoral; Ali Koymen, profesor de física; y Alex Weiss, profesor y director del Departamento de Física de la UTA. También contribuyó al proyecto Bernardo Barbiellini, profesor de física de la Universidad LUT de Finlandia.
El proceso AMPS, en el que los positrones (antimateria de los electrones) se adhieren directamente a las superficies seguido de la emisión de electrones, fue observado y descrito por primera vez por Saurabh Mukherjee, estudiante de posgrado, junto con Weiss y otros colegas, en 2010 en la UTA. Esos resultados se publicaron en un artículo en PRL.
"Alex (Fairchild) y Varghese descubrieron cómo utilizar este fenómeno que descubrimos en 2010 para medir la capa superior y obtener información sobre la estructura electrónica y el comportamiento de los electrones en la capa superior", dijo Weiss. "Eso determinará las numerosas propiedades de un material, incluida la conductividad, y puede tener importantes implicaciones para la construcción de dispositivos".
Fairchild dijo que el proceso AMPS es único porque utiliza fotones virtuales para medir la capa atómica superior.
"Esto es diferente de las técnicas típicas como la espectroscopia de fotoemisión, en la que un fotón penetra en múltiples capas en el grueso de un material y, por tanto, contiene la información combinada de las capas superficiales y subsuperficiales", dijo Fairchild.
"Nuestros resultados de la AMPS mostraron cómo los fotones virtuales emitidos tras el pegado de positrones interactúan preferentemente con los electrones que se extienden más en el vacío que con los electrones más localizados en el sitio atómico", dijo Chirayath. "Nuestros resultados son, por tanto, esenciales para comprender cómo interactúan los positrones con los electrones de la superficie y son extremadamente importantes para entender otras técnicas similares basadas en positrones y selectivas en la superficie".
Weiss señaló que el Laboratorio de Positrones de la UTA es actualmente el único lugar donde se podría haber desarrollado esta técnica, debido a las capacidades de su haz de positrones.
"En la actualidad, la UTA tiene probablemente el único laboratorio del mundo que cuenta con un haz de positrones que puede llegar a las bajas energías necesarias para observar este fenómeno", dijo Weiss.
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Publicación original
Alexander J. Fairchild et al.; Photoemission Spectroscopy Using Virtual Photons Emitted by Positron Sticking: A Complementary Probe for Top-Layer Surface Electronic Structures; Physical Review Letters; 2022.
Atsuo Kawasuso; Spectroscopy That Doesn’t Scratch the Surface; August 29, 2022; Physics 15, 129.
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