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Gases Nobles

Electrones en movimiento

Por primera vez, los científicos han podido observar cómo se mueven los electrones en la capa externa de un átomo, movimiento de electrones kripton, en un avance con importantes implicaciones para nuestra comprensión de los procesos químicos.

Esto se consiguió en el estado de ionización única del kriptón, las oscilaciones cuánticas en la capa de valencia ciclaron en poco más de seis femtosegundos. Los pulsos de láser de attosegundo sondearon los detalles y sintieron los grados cambiantes de coherencia entre los dos estados cuánticos.

¿Cómo se logró este hallazgo?

Mediante el uso de destellos ultra cortos de luz láser, los científicos del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Alemania y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en Berkeley, California, pudieron sincronizar las oscilaciones entre los estados cuánticos de los electrones de valencia.

Las reacciones químicas ocurren debido a la dinámica de los electrones de valencia, los que se encuentran en la órbita más externa de un átomo. Si puedes verlos moverse, puedes entender su mecánica y aprender cómo se combinan con otros átomos para crear todo lo que nos rodea. Pero los electrones se mueven bastante rápido, por lo que esto ha sido imposible hasta ahora.

El equipo usó láseres que pueden funcionar en la escala de tiempo de 100 attosegundos: un attosegundo es de 10-18 segundos, una quintillonesima parte de segundo. Midieron el movimiento de los electrones de valencia en una forma de criptón ionizado al que se eliminó un electrón.

Resultados

El sitio de noticias de Berkeley Lab proporciona algunas descripciones en profundidad, pero básicamente lo que sucedió es que los científicos midieron la caída continua de electrones entre dos estados cuánticos. Estas oscilaciones de la cáscara de valencia circularon en poco más de seis femtosegundos. Usando pulsos de láser de attosegundos mucho más rápidos, el equipo pudo capturar esencialmente esta oscilación en acción. El trabajo se reporta en la edición de esta semana de la revista Nature.

La prueba de laboratorio de Berkeley simplemente prueba que los científicos pueden ver cómo se mueven estos electrones. Pero el hallazgo se puede aplicar a cualquier problema en la física y la química de líquidos, sólidos, sistemas biológicos, básicamente todo, según Stephen Leone, de la División de Ciencias Químicas de Berkeley Lab.

“(Nos permitirá) desentrañar procesos dentro y entre los átomos, moléculas y cristales en la escala de tiempo electrónica”, dice.

Como señala el redactor de noticias de Berkeley Lab, esto hubiera sido previamente imposible con la “escala de tiempo de femtosegundos comparativamente lánguido”.

 

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