Redacción

Los microscopios electrónicos proporcionan una visión profunda de los detalles más pequeños de la materia y pueden revelar, por ejemplo, la configuración atómica de los materiales, la estructura de las proteínas o la forma de los virus. Sin embargo, la mayoría de los materiales y estructuras diminutas en la naturaleza no son estáticos y tienden a interactuar entre ellos, moviéndose y remodelándose todo el tiempo.

Uno de los fenómenos más comunes es la interacción entre la luz y la materia, que es omnipresente en las plantas, así como en los componentes ópticos, las células solares, las pantallas o los láseres. Estas interacciones, que se definen por los electrones que se mueven por los ciclos de campo de una onda de luz, ocurren en escalas de tiempo ultrabreves, del orden de los femtosegundos, o incluso más breves, del orden de los attosegundos.

Un attosegundo es una millonésima de una millonésima de millonésima de segundo, es decir, una trillonésima de segundo. Un attosegundo es a un segundo lo que un segundo es al tiempo transcurrido desde el nacimiento del universo.

Aunque la microscopía electrónica ultrarrápida puede proporcionar cierta comprensión de los procesos que ocurren en cuestión de femtosegundos, no ha sido posible, hasta ahora, visualizar la dinámica de reacción de la luz y la materia que se produce a velocidades tan altas que todo ocurre en attosegundos.

Ahora, un equipo de físicos de la Universidad de Constanza y de la Universidad Ludwig-Maximilian (LMU) en Múnich, ambas instituciones en Alemania, ha logrado combinar un microscopio electrónico de transmisión (TEM) con un láser de onda continua para crear un prototipo de microscopio electrónico con sensibilidad de tiempo del orden de los attosegundos.

A la izquierda, parte del microscopio electrónico de transmisión adaptado para captar imágenes de cosas que suceden muy rápido, en cuestión de attosegundos. A la derecha, esquema simplificado que muestra cómo un láser de onda continua (en rojo) se cruza con un haz de electrones (en azul) en una membrana especial. La luz láser agrupa los electrones en un tren de pulsos de attosegundos. (Imágenes: Andrey Ryabov, LMU Munich (izquierda); Mikhail Volkov, University of Konstanz (derecha))

Los fenómenos básicos de la óptica, la nanofotónica o los metamateriales se producen en escalas de tiempo del orden de los attosegundos. Para poder visualizar las interacciones ultrarrápidas entre la luz y la materia se requiere una resolución temporal por debajo del propio período de oscilación de la luz. Los microscopios electrónicos de transmisión convencionales utilizan un haz de electrones continuo para iluminar aquello que se desea ver y crear una imagen. Para lograr una resolución de attosegundos, el equipo de Peter Baum se vale de las rápidas oscilaciones de un láser de onda continua para modular en el tiempo el haz de electrones dentro del microscopio.

Baum y sus colegas exponen los detalles de este avance tecnológico en el artículo titulado “Attosecond metrology in a continuous-beam transmission electron microscope”, publicado en la revista académica Science Advances.