Investigadores demuestran la existencia de un nuevo tipo de onda electrónica

Una nueva investigación liderada por físicos de la Universidad de New Hampshire ha probado la existencia de un nuevo tipo de onda electrónica en superficies metálicas: los plasmones de superficie acústica, que tendrá implicaciones en el desarrollo de nano-óptica, superconductores de alta temperatura, y la comprensión fundamental de las reacciones químicas en las superficies. La investigación, liderada por Bogdan Diaconescu y Karsten Pohl de la UNH, se publicó en el número del 5 de julio de la revista “Nature”.

“La existencia de esta onda significa que los electrones de la superficie del cobre, hierro, berilio y otros metales se comportan como el agua de la superficie de un lago”, dice Pohl, profesor asociado de física en la UNH. “Cuando se arroja una piedra a un lago, las ondas se propagan radialmente en todas las direcciones. Puede crearse una onda similar mediante electrones en la superficie de un metal cuando se perturban, por ejemplo, con luz”.

Los plasmones de superficie acústica se han predicho desde hace mucho tiempo en terrenos meramente teóricos, su existencia ha sido tremendamente difícil de probar de forma experimental. “Sólo hace un año, otro grupo de científicos concluyó que estas ondas no existían”, dijo Diaconescu, investigador postdoctoral asociado en el Grupo de Materia Condensada del departamento de física de la UNH. “Estos investigadores no han sido capaces de encontrar los plasmones acústicos debido a que los experimentos requieren de una extrema precisión y paciencia. Un intento tras otro no mostraron nada si, por ejemplo, la superficie no estaba lo bastante bien preparada o los detectores no estaban ajustados con la precisión suficiente”.

El nuevo experimento que encontró que los plasmones de superficie acústica usó una pistola electrónica extremadamente precisa, que dispara electrones lentos a una superficie especialmente preparada de cristal de berilio. Cuando los electrones eran reflejados de vuelta desde el lago de electrones de la superficie del metal, algunos de ellos perdían una cantidad de energía que corresponde a la excitación de una onda de plasmones acústicos. Esta pérdida de energía pudo medirse con un detector que fue colocado en una cámara de vacío ultra-alto, junto con la muestra de berilio. LA pérdida de energía es pequeña pero corresponde exactamente a la predicción teórica.

La investigación sobre las superficies metálicas es importante para el desarrollo de nuevos catalizadores industriales y para la limpieza de los gases de combustión de las fábricas y vehículos. Dado que es muy probable que los nuevos plasmones desempeñen un papel en las reacciones químicas en las superficies metálicas, la investigación teórica y experimental tendrá que tenerlos en cuenta como un nuevo fenómeno en el futuro. Además, hay varias perspectivas prometedoras en la nano-microscopía y en el procesado de señales ópticas cuando los plasmones se excitan directamente con luz difractada de nano-características muy pequeñas. Los investigadores estiman que, dependiendo de sus energías, las ondas se dispersan uno pocos nanómetros (una millonésima de milímetro), y se extinguen tras unos pocos femtosegundos (una millonésima de una mil millonésima de segundo) después de haber sido creados, presenciando de esta forma los veloces procesos químicos a escala atómica.

Otra aplicación potencial es el uso de las ondas para portar señales ópticas a lo largo de canales de anchura nanométrica durante unos pocos micrómetros y de esta forma permitir la integración de la señal óptica y su dispositivo de procesado a escalas de longitud del nanómetro. Y una de las más interesantes pero aún de las más especulativas aplicaciones de los plasmones está relacionado con los superconductores de alta temperatura. Se sabe hoy que la superconductividad tiene lugar en hojas bidimensionales en el material, el cual genera los pares de electrones especiales que pueden moverse sin resistencia a través de un conductor. Cómo sucede esto con precisión aún no está claro pero los plasmones acústicos podrían ser parte de la explicación. Si es así, es una gran ventaja el que ahora sea posible el estudio de los nuevos plasmones acústicos de superficie, donde es mucho más fácil probarlos que dentro del material.

Diaconescu y Pohl recibieron fondos para esta investigación de la Fundación Nacional de Ciencia.

Para descargar el artículo, “Low-energy acoustic plasmons at metal surfaces (Plasmones acústicos de alta energía en superficie de metales)” pulse aquí: http://unh.edu/news/docs/plasmons.pdf


Autor: Beth Potier
Fecha Original: 5 de julio de 2007
Enlace Original

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