La aceleración de electrones a escala nano impulsa la electrónica ultrarrápida

Un avance realizado por expertos del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica de Alemania, en el campo de la aceleración de electrones a nanoescala, en concreto en el terreno de las nanoesferas de silicio, podría significar un antes y un después en el universo de la electrónica ultrarrápida. El logro podría abrir, de hecho, una nueva etapa en el desarrollo de dispositivos electrónicos mucho más veloces que los empleados en la actualidad.

En la investigación, cuyos detalles han publicado Nature Physics y el propio Instituto Max Planck en nota de prensa, se observó un efecto que se concreta cuando la luz láser de gran intensidad interactúa con los electrones de las nanopartículas, constituidas por muchos millones de átomos individuales.

Según los ingenieros e investigadores del Instituto Max Planck, cuando se acumulan campos eléctricos fuertes en las proximidades de las nanopartículas, éstas liberan electrones. En el momento en que estos electrones son liberados y acelerados con fuerza se produce, en las nanoesferas de silicio, un efecto que podría marcar una nueva era en el terreno de la electrónica ultrarrápida.

Debido a la cercanía con esos campos y a las interacciones mencionadas anteriormente, los electrones liberados son acelerados y pueden exceder en gran medida los límites de la aceleración que se ha observado hasta el momento en átomos individuales. El movimiento exacto de los electrones puede ser, además, controlado con precisión a través del campo eléctrico de la luz láser.

Nuevos horizontes en electrónica

Los nuevos conocimientos sobre este proceso controlado podrían ayudar a generar pulsos de luz láser ultravioleta extrema (XUV). Según los experimentos y modelos teóricos desarrollados por los especialistas, se abrirían de esta forma nuevas perspectivas para el desarrollo de la electrónica ultrarrápida.

Estos adelantos posibilitarían el diseño de dispositivos que, en un futuro, operarían hasta un millón de veces más rápido que los actuales artefactos electrónicos. El equipo internacional de especialistas incluyó ingenieros y científicos del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, de la Ludwig-Maximilian University Munich, de la Free University of Berlin y de la University of Rostock.

Todavía es difícil evaluar el impacto a futuro de este nuevo enfoque en la observación de los mecanismos indicados, mayormente en torno a las consecuencias de la interacción entre los electrones, las nanopartículas y los campos de luz láser. Por ejemplo, la ganancia de energía resultante de las interacciones puede alcanzar valores muy elevados.

Uno de los puntos que ha permitido concretar este avance es el empleo de luz polarizada para los experimentos. Gracias a la luz polarizada, las ondas de luz oscilan solamente a lo largo de un eje, y no en todas las direcciones como ocurre con la luz normal. Esto supone una gran ventaja en el marco de la investigación.

Electrones de alta energía

Por otro lado, y de acuerdo a lo explicado por los investigadores, los pulsos intensos de radiación pueden deformar o destruir las nanopartículas. De esta forma, se han controlado y optimizado las nanopartículas para que puedan ser utilizadas por cada pulso de luz láser. Esto ha sido de vital importancia para la observación de los electrones de alta energía.

Al mismo tiempo, las investigaciones permiten comprobar que los electrones no se aceleran solamente por los campos de luz láser cercanos, sino también por las interacciones con otros electrones, que fueron liberados de las nanopartículas. En el mismo sentido, la carga positiva de las nanopartículas en la superficie también juega un papel importante.

Dado que todas las contribuciones se suman, la energía de los electrones puede llegar a ser muy elevada. Según los expertos el proceso es complejo, pero demuestra que hay mucho que explorar en la interacción de las nanopartículas con campos de luz láser. Por otro lado, los movimientos de los electrones también pueden producir pulsos de luz ultravioleta extrema.

La luz XUV es de particular interés para la investigación biológica y médica, pero además la aceleración colectiva de los electrones con nanopartículas ofrece un gran potencial para el desarrollo de nuevas aplicaciones en el campo de la electrónica ultrarrápida.