Salto cuántico en grafito: la attociencia ilumina el camino hacia la superconductividad

por manuel costa
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Attosecond Soft-X-ray Spectroscopy

La llegada de los pulsos de rayos X blandos de attosegundos ha marcado el comienzo de un avance significativo en el campo del análisis de materiales, particularmente en el estudio de las interacciones luz-materia y la dinámica de muchos cuerpos. Este avance, liderado por el equipo del ICFO, ha revolucionado la espectroscopia de absorción de rayos X, una herramienta crucial para el análisis de materiales.

La espectroscopia de absorción de rayos X es una técnica utilizada para analizar la composición de materiales examinando selectivamente sus estados electrónicos. Hasta hace poco, este método implicaba un laborioso escaneo de longitudes de onda y carecía de la capacidad de proporcionar una resolución temporal ultrarrápida para estudiar la dinámica electrónica.

Sin embargo, durante la última década, el grupo Attoscience and Ultrafast Optics del ICFO, dirigido por el profesor ICREA Jens Biegert, ha transformado la espectroscopia de absorción de rayos X suaves de attosegundos en una herramienta analítica de vanguardia. Este desarrollo elimina la necesidad de escanear y ofrece una resolución temporal de attosegundos.

El avance clave radica en la generación de pulsos de rayos X blandos de attosegundos, con duraciones tan cortas como de 23 a 165 attosegundos y un ancho de banda coherente de rayos X blandos que oscila entre 120 y 600 electronvoltios. Estos pulsos permiten el examen simultáneo de toda la estructura electrónica de un material. Esta capacidad proporciona una herramienta nueva y poderosa para investigar la física y la química del estado sólido.

Una aplicación notable de esta tecnología es la manipulación de la conductividad del grafito mediante la interacción luz-materia. Al someter el grafito a intensos pulsos ultracortos de láser de infrarrojo medio, los investigadores inducen una fase híbrida de materia ligera altamente conductora. Este estado surge cuando los electrones ópticamente excitados se acoplan fuertemente con fonones ópticos coherentes.

El estudio realizado por los investigadores del ICFO Themis Sidiropoulos, Nicola Di Palo, Adam Summers, Stefano Severino, Maurizio Reduzzi y Jens Biegert demuestra la capacidad de controlar y aumentar la conductividad del grafito mediante la manipulación de su estado de muchos cuerpos. Lo logran utilizando pulsos ópticos de sub2 ciclos estables en fase de envolvente portadora y pulsos de rayos X suaves de attosegundos, que exploran la estructura electrónica del material a intervalos de attosegundos.

Esta investigación tiene importantes implicaciones para el campo de la ciencia de los materiales, ya que ofrece la posibilidad de alterar el estado cuántico de un material con luz. Aborda cuestiones fundamentales de la física contemporánea, como la comprensión de las transiciones de fase cuánticas y el surgimiento de propiedades materiales a partir de interacciones microscópicas.

Además, los resultados del estudio tienen aplicaciones prometedoras en circuitos integrados fotónicos y computación óptica, donde la luz puede usarse para manipular electrones y controlar las propiedades de los materiales. En general, este avance en la espectroscopia de rayos X blandos de attosegundos abre nuevas vías para explorar y manipular fases correlacionadas de la materia en tiempo real, lo cual es esencial para las tecnologías modernas.

Referencia:

  • “Conductividad óptica mejorada y efectos de muchos cuerpos en grafito semimetálico fotoexcitado fuertemente” por TPH Sidiropoulos, N. Di Palo, DE Rivas, A. Summers, S. Severino, M. Reduzzi y J. Biegert, Nature Comunicados, 16 de noviembre de 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-43191-5

Preguntas frecuentes (FAQ) sobre la espectroscopia de rayos X suaves de attosegundos

¿Qué es la espectroscopia de rayos X blandos de attosegundos?

La espectroscopia de rayos X suaves de attosegundos es una técnica analítica avanzada que se utiliza para estudiar la estructura electrónica de materiales con una precisión y velocidad sin precedentes. Implica la generación de pulsos de rayos X extremadamente cortos, medidos en attosegundos (10^-18 segundos), que pueden investigar la dinámica electrónica de los materiales a nivel atómico.

¿En qué se diferencia la espectroscopia de rayos X suaves de attosegundos de la espectroscopia de absorción de rayos X tradicional?

La espectroscopia de absorción de rayos X tradicional requería escaneo de longitud de onda y carecía de resolución temporal ultrarrápida. La espectroscopia de rayos X suaves de attosegundos, por otro lado, elimina la necesidad de escanear y ofrece una resolución temporal de nivel de attosegundos, lo que permite a los investigadores estudiar la dinámica electrónica en tiempo real.

¿Cuáles son las posibles aplicaciones de esta tecnología?

Una de las aplicaciones notables es la manipulación de la conductividad de un material mediante la interacción luz-materia, como se demuestra con el grafito en el estudio comentado. Esta tecnología también tiene implicaciones para los circuitos integrados fotónicos y la computación óptica, donde la luz puede usarse para controlar y manipular las propiedades de los materiales.

¿Por qué es importante la capacidad de manipular el estado cuántico de un material con luz?

Esta capacidad es crucial para comprender procesos fundamentales de la física contemporánea, como las transiciones de fase cuántica y el surgimiento de propiedades materiales a partir de interacciones microscópicas. Ofrece nuevas formas de investigar y manipular fases correlacionadas de la materia en tiempo real, lo que tiene importantes implicaciones para las tecnologías modernas.

¿Cuáles son los hallazgos clave de la investigación del ICFO mencionados en el texto?

Los investigadores del ICFO observaron un aumento y un control de la conductividad del grafito inducido por la luz mediante la manipulación de su estado de muchos cuerpos. Utilizaron pulsos de rayos X suaves de attosegundos para sondear la estructura electrónica del material y revelaron las firmas de una fase de superconductividad, abriendo nuevas vías para la investigación en ciencia y tecnología de materiales.

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5 comentarios

CienciaGeek diciembre 28, 2023 - 7:31 am

espectroscopia de attosegundos = ¡alucinante! _xD83E__xDD2F_ ¡Nos brinda una forma completamente nueva de ver lo que sucede allí!_xD83D__xDD0D_

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Lector123 diciembre 28, 2023 - 8:22 am

¡Vaya, esto sobre átomos y rayos X es genial! Nunca pensé que podían mirar el interior de los materiales en tiempos tan pequeños._xD83D__xDD2C_

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gato curioso diciembre 28, 2023 - 8:32 am

¡Estoy entusiasmado con esos circuitos fotónicos! Luz + electrónica = ¡tecnología del futuro! _xD83C__xDF1F_

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Adicto a la investigación diciembre 29, 2023 - 4:42 am

Comprender los estados cuánticos de los materiales es el futuro de la tecnología. ¡Esta investigación es genial! _xD83D__xDE80_

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TechNerd77 diciembre 29, 2023 - 5:32 am

Espera, ¿entonces disparan rayos X a las cosas y eso cambia su comportamiento? Mente = arruinado! _xD83D__xDCA5_

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