Láseres en attosegundos para estudiar los cristales de silicio
En materiales semiconductores, como el silicio, los electrones se ubican normalmente alrededor de los átomos que forman el cristal. Estas partículas no pueden moverse, por lo que contribuyen a la corriente que circula y que se produce cuando se aplica voltaje. No obstante, cuando estos materiales se exponen a la luz, algunos electrones absorben suficiente energía formando un túnel a través de la barrera que los mantiene unidos a los átomos y comienzan a moverse a través del material. Gracias a los electrones móviles, el material semiconductor se vuelve conductor, a partir de lo cual los ingenieros desarrollan interruptores de silicio, conocidos como transistores, que son los elementos básicos de todos los dispositivos digitales. En el proyecto financiado por la Unión Europea ATTOTRON (Attosecond electron processes in solids), un equipo de científicos utilizó pulsos en attosegundos de luz de rayos X moderada para el seguimiento de la transición de los electrones. Específicamente, en primer lugar exponen a los cristales de silicio a destellos ultracortos de luz visible emitida por una fuente de láser. Después, las muestras se iluminaron con pulsos de luz de rayos X de tan solo unos pocos attosegundos de duración. Esta metodología permitió a los científicos tomar «imágenes instantáneas» de la evolución temporal del proceso de excitación desencadenado por la luz láser. Al analizar los datos, el equipo de ATTOTRON encontró pruebas claras de que la transición de los electrones produce el rebote de los átomos. Se demostró que inicialmente reaccionaron solamente los electrones, mientras que la retícula atómica permanece inalterada. Cuando la muestra no recibía más pulsos láser, la retícula se reordenó en respuesta al movimiento colectivo de los electrones, transformando parte de la energía absorbida en calor transportado por ondas denominadas fonones. La resolución temporal de los láseres en attosegundos permitió resolver estos procesos electrónicos tan breves que, hasta ahora, parecían imposibles de investigar por la rapidez con la que transcurren. Por otro lado, la interpretación sin ambigüedades de los datos experimentales fue posible gracias a las simulaciones dinámicas cuánticas. Los modelos creados abarcaron tanto la excitación de electrones como la interacción de los pulsos de rayos X con los cristales de silicio. Los resultados del proyecto ATTOTRON relacionados con la dinámica de electrones ultrarrápida en silicio han sido publicados en revistas prestigiosas como Nature y Science.
Palabras clave
Láseres en attosegundos, cristales de silicio, dinámica de los electrones, luz de rayos X, fonones
