Un descubrimiento revolucionario que desafía la comprensión actual de la transmisión óptica

Otro misterio se esconde detrás de la discusión sobre la naturaleza de la luz. Específicamente, ¿la luz es una partícula o una onda?

A principios del siglo XX, Albert Einstein sugirió que la luz es de naturaleza corpuscular y similar a una onda. Muchos estaban satisfechos, aunque un poco incómodos, con sus hallazgos.

Einstein apoyó su nueva idea con su investigación sobre el llamado efecto fotoeléctrico, por la que recibió el Premio Nobel de Física en 1921. El efecto fotoeléctrico, descrito por primera vez por Heinrich Rudolf Hertz en 1887, es el mecanismo por el cual la luz provoca electrones. para ser expulsado del material cuando se resalta.

La fotolitografía es ahora la técnica experimental más utilizada para estudiar las propiedades químicas y electrónicas de los materiales. Ha producido aplicaciones útiles para diversas tecnologías, en particular las basadas en la detección de luz o la generación de haces de electrones, como la fabricación de semiconductores y los dispositivos de imágenes médicas.

Pero los investigadores de la Universidad Northeastern han realizado un descubrimiento que desafía lo que sabemos sobre cómo funciona la fotoemisión. En un nuevo estudio, notan las «extraordinarias propiedades de fotoemisión» de un material llamado titanato de estroncio. El titanato de estroncio es un óxido de un par de elementos químicos que se empezó a usar a gran escala hace más de medio siglo, principalmente como una imitación del diamante.

Los científicos han utilizado experimentalmente el titanato de estroncio como fotocátodo o superficie de ingeniería que puede convertir la luz en electrones a través del efecto fotoeléctrico. Luego utilizaron muchas energías de fotones en el rango de 10 eV (electronvoltios) para producir una «fotoemisión secundaria coherente extremadamente intensa». La emisión de luz era más poderosa que todo lo que habíamos visto antes.

Aaron Bancel, Profesor Distinguido de Física en la Universidad Northeastern, coautor del estudio, dijo: «Este es un gran problema porque ningún mecanismo en nuestra comprensión actual de la transmisión de la luz podría producir tal efecto. En otras palabras, en este momento no tenemos ninguna teoría para esto, por lo que es un avance milagroso en ese sentido».

La emisión de electrones secundarios es un fenómeno en el que los electrones primarios expulsados ​​pierden energía porque chocan con otras partículas dentro de la materia.

Bancel dice, Cuando excitas los electrones, algunos de estos electrones saldrán del sólido. Los electrones primarios se refieren a aquellos que no se han dispersado, mientras que los electrones secundarios significan que han sufrido colisiones antes de abandonar el sólido».

Los científicos señalan: «Este hallazgo indica ‘nuevos procesos fundamentales’ que aún no se comprenden».

«La aparición observada de coherencia en la fotoemisión secundaria indica el desarrollo de un nuevo proceso fundamental además de los implicados en el marco teórico actual de la fotoemisión».

Pancel Él diceY «Los resultados dan un vuelco a lo que los científicos pensaban que sabían sobre el proceso de fotoemisión, abriendo la puerta a nuevas aplicaciones en todas las industrias que aprovecharían el poder de estos complejos materiales cuánticos».

«Todos pensamos que entendíamos la física básica involucrada aquí, hasta el punto en que las aplicaciones se desarrollan de acuerdo con un cierto modelo de teoría y pensamiento. Como suele hacer la naturaleza, aquí es donde este documento lanza una bola curva en todo esto».

Referencia de la revista:

1. Hong C, Zhou W, Ran B, et al. Fotoemisión secundaria coherente intensa anómala del óxido de perovskita. Naturaleza (2023). DOI: 10.1038 / s41586-023-05900-4