Luz ultravioleta extrema guía electrones en un experimento

Basta con iluminar un átomo para que sus electrones respondan. En el láser de electrones libres FERMI, en Trieste (Italia), un equipo dirigido por Ulli Eichmann, del Instituto Max Born de Berlín, ha demostrado que es posible orientar esa respuesta con luz ultravioleta extrema (XUV). Al cambiar la fase de los pulsos, los investigadores decidieron si dos rutas cuánticas dentro de un átomo de helio se reforzaban o se anulaban. El trabajo se publica en Nature Photonics.

La mecánica cuántica permite que un proceso ocurra por varios caminos a la vez. Un electrón puede llegar al mismo estado final por rutas distintas, y esas rutas se suman o se anulan, como las ondas superpuestas en la superficie del agua. Los investigadores crearon dos rutas en competencia para excitar un estado ligado en el helio, mediante un método llamado excitación Raman estimulada con pulsos XUV. Matthieu Génévriez, investigador de la UCLouvain y uno de los autores, describe el efecto en términos sencillos: «es un poco como si pudiéramos expulsar un electrón de un átomo y luego devolverlo a casa con la luz».

Durante décadas, los láseres visibles e infrarrojos han sido la herramienta principal de este tipo de sondeo. La dispersión Raman estimulada y técnicas afines ya siguen las reacciones químicas y el movimiento electrónico con esas longitudes de onda. Extender estas técnicas al XUV, una región que el equipo califica de reto de larga data, requería una fuente de luz que pocas instalaciones pueden ofrecer. Eichmann afirma que el experimento demuestra que los métodos «ahora pueden llevarse al ultravioleta extremo», abriendo «nuevas posibilidades para la obtención de imágenes y la manipulación de la materia con resolución espacial sin precedentes».

Para químicos y científicos de materiales, lo atractivo está en la naturaleza específica por elemento de esta luz. Los fotones XUV y de rayos X alcanzan los electrones cercanos a los núcleos atómicos, donde cada elemento químico tiene su propia huella electrónica. El equipo cree que los conceptos mostrados aquí podrían dar lugar, con el tiempo, a una nueva generación de herramientas de imagen y espectroscopia, capaces de seguir el movimiento electrónico y las transformaciones químicas a la escala más pequeña. No ha publicado ningún plazo para tales instrumentos, y el experimento es una demostración de laboratorio realizada solo con helio.