Extraños efectos cuando los electrones atraviesan de una lámina ultradelgada

El tiempo que tarda un electrón en viajar por una lámina ultradelgada de plomo sin sufrir una colisión con otros electrones depende mucho del grosor de la lámina. Esta es una de las conclusiones a las que ha llegado un estudio publicado en el último número de la revista norteamericana PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) y en el que han colaborado investigadores del Centro de Física de Materiales y del Donostia International Physics Center. Esta investigación aporta nuevos datos acerca los procesos físicos que aparecen en sistemas muy pequeños, en la escala del nanómetro, y en tiempos muy cortos, en la escala del attosegundo.

"La investigación muestra que algunas de las propiedades que aparecen en el contexto de los procesos ultrarrápidos en la nanoescala [la mil millonésima parte de un metro] son muy poco intuitivas", explica Daniel Sánchez Portal, científico del CFM. "Por ejemplo", añade su colega Ricardo Díez Muiño, "aumentar en una capa atómica el grosor de una lámina ultradelgada de plomo puede reducir el tiempo de viaje de los electrones, las partículas de carga negativa que forman parte de los átomos, sin que choquen con otros electrones, pero un aumento de dos capas atómicas puede alargarlo considerablemente". Otros conceptos que repasa el artículo publicado en PNAS son el del tiempo que tarda una superficie metálica en responder a la presencia de una carga eléctrica en su cercanía o el cálculo del tiempo que tarda un electrón en ser transmitido entre un átomo adsorbido y una superficie magnética.

En la última década y gracias en parte al desarrollo de avanzadas técnicas experimentales, muchas de ellas basadas en fuentes de luz láser, la ciencia ha conseguido avanzar espectacularmente en la comprensión de la dinámica electrónica en regiones de tamaño muy pequeño, del orden de la nanoescala, explica el centro en un comunicado. Sin embargo y hasta muy épocas muy recientes, estas técnicas eran incapaces de obtener resoluciones temporales inferiores al femtosegundo, la mil billonésima parte de un segundo. En la práctica, esto suponía que no se podía observar la dinámica electrónica en el tiempo en que se producen las reacciones químicas. La obtención de pulsos láser ultracortos ha cambiado radicalmente esta situación y ha permitido desarrollar la física del attosegundo, es decir el estudio de la dinámica electrónica que se produce en escalas de tiempo de trillonésimas de segundo. Por tanto, es posible acceder experimentalmente ahora mismo a la escala de tiempo durante la que se produce una reacción química o se emite un electrón fotoexcitado en una superficie o en una nanoestructura.