Se logra controlar una transición de fase estructural metal-aislante en un sistema de superficie de estado sólido cuasi unidimensional.
El objetivo de la “femtoquímica” es ver y controlar las reacciones químicas con breves pulsos de luz. Usando pulsos de luz láser consecutivos, los enlaces atómicos se pueden excitar con precisión y romper según se desee. Hasta ahora, esto se ha observado sólo en ciertas moléculas. Investigadores de la Universidad de Göttingen y el Instituto Max Planck de Química Biofísica han logrado transferir este principio a un sólido, controlando su estructura cristalina en su superficie. Los resultados han sido publicados en la revista Nature.
El equipo, dirigido por Jan Gerrit Horstmann y el profesor Claus Ropers, evaporó una capa extremadamente delgada de indio en un cristal de silicio y luego enfrió el cristal a -220 grados Celsius. Mientras que los átomos de indio forman cadenas metálicas conductoras en la superficie a temperatura ambiente, se reordenan espontáneamente en hexágonos eléctricamente aislantes a temperaturas tan bajas. Este proceso se conoce como la transición entre dos fases, la metálica y la aislante, y se puede manipular mediante pulsos láser. En sus experimentos, los investigadores iluminaron la superficie con dos pulsos cortos de luz láser e inmediatamente después observaron la disposición de los átomos de indio usando un haz de electrones. Descubrieron que el ritmo de los pulsos tiene una influencia considerable en la eficiencia con la que la superficie puede cambiarse al estado metálico.
Este efecto puede explicarse por las oscilaciones de los átomos en la superficie, como explica Horstmann: “Para pasar de un estado a otro, los átomos tienen que moverse en diferentes direcciones y, al hacerlo, superar una especie de colina, similar a una montaña rusa. Sin embargo, un solo pulso de luz no es suficiente para lograrlo, y los átomos simplemente se balancean hacia adelante y hacia atrás. Pero durante un movimiento de balanceo, un segundo pulso en el momento adecuado puede proporcionar la energía suficiente al sistema para hacer posible la transición". En sus experimentos, los físicos observaron varias tipos de oscilaciones de los átomos, que influyen en la conversión de maneras muy diferentes.
Sus hallazgos no solo contribuyen a la comprensión de como suceden estos rápidos cambios estructurales, sino que también abren nuevas perspectivas para la física de superficies. "Nuestros resultados muestran nuevas estrategias para controlar la conversión de la energía de la luz a escala atómica", dice Ropers, de la Facultad de Física de la Universidad de Gotinga, quien también es director del Instituto Max Planck de Química Biofísica. “El control específico de los movimientos de los átomos en los sólidos mediante secuencias de pulsos láser también podría hacer posible la creación de estructuras previamente inalcanzables con propiedades físicas y químicas completamente nuevas”.
Fuente: scitechdaily.com, University of Göttingen