Un equipo de científicos del Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del Departamento de Energía ha descubierto nueva información sobre el efecto fotoeléctrico, un fenómeno descrito por primera vez por Einstein hace más de un siglo.Su método proporciona una nueva herramienta para estudiar las interacciones electrón-electrón, que son fundamentales para muchas tecnologías, incluidos los semiconductores y las células solares.

Los resultadosfueron publicados el 21 de agosto enNaturaleza.

Cuando un átomo o molécula absorbe un fotón de luz, puede emitir un electrón en un proceso conocido como efecto fotoeléctrico.

La descripción que hizo Einstein del efecto fotoeléctrico, también conocido como fotoionización, sentó las bases teóricas de la mecánica cuántica.Sin embargo, la naturaleza instantánea de este efecto ha sido un tema de intenso estudio y debate.

Los avances recientes en la ciencia de los attosegundos han proporcionado las herramientas necesarias para resolver los retrasos de tiempo ultrarrápidos involucrados en la fotoionización.

"Einstein ganó el Premio Nobel por describir laefecto fotoeléctrico, pero cien años después, apenas hemos comenzado a comprender verdaderamente la dinámica subyacente", dijo el autor principal y científico de SLAC, Taran Driver.

"Nuestro trabajo marca un importante paso adelante al medir estos retrasos en el dominio de los rayos X, una hazaña que no se había logrado antes".

El equipo utilizó un pulso de rayos X de attosegundos de la fuente de luz coherente Linac (LCLS) de SLAC, de apenas una billonésima de milmillonésima de segundo de duración, para ionizar electrones a nivel central.Este proceso expulsó los electrones de las moléculas que estaban estudiando.

Luego utilizaron un pulso láser separado, que impulsaba los electrones en una dirección ligeramente diferente dependiendo del momento en que fueron emitidos, para medir el llamado "retraso de fotoemisión".

El retraso de la fotoemisión puede considerarse como el tiempo entre que una molécula absorbe un fotón y emite un electrón.Estos retrasos, que alcanzaron hasta 700 attosegundos, fueron significativamente mayores de lo previsto anteriormente, lo que supone un desafío para los sistemas existentes.modelos teóricosy abriendo nuevas vías para comprender el comportamiento de los electrones.Los investigadores también descubrieron que las interacciones entre electrones desempeñaban un papel importante en este retraso.

"Al medir la diferencia angular en la dirección de los electrones expulsados, podríamos determinar laretraso de tiempocon alta precisión", dijo el coautor y científico de SLAC James Cryan.

"La capacidad de medir e interpretar estos retrasos ayuda a los científicos a analizar mejor los resultados experimentales, particularmente en campos como la cristalografía de proteínas yimágenes medicas, donde las interacciones de los rayos X con la materia son cruciales".

El estudio es uno de los primeros de una serie de experimentos planificados destinados a explorar las profundidades de la dinámica electrónica en diferentes sistemas moleculares.Otros grupos de investigación ya han comenzado a utilizar la técnica desarrollada para estudiar más y másmoléculas complejas, revelando nuevas facetas del comportamiento de los electrones y la estructura molecular.

"Este es un campo en desarrollo", dijo el coautor Agostino Marinelli."La flexibilidad de LCLS nos permite sondear una amplia gama de energías y sistemas moleculares, lo que lo convierte en una poderosa herramienta para realizar este tipo de mediciones. Esto es sólo el comienzo de lo que podemos lograr en estas escalas de tiempo extremas".