Superando barreras en attociencia con el pulso de luz más corto jamás creado
Investigadores del ICFO han establecido un nuevo récord al generar el pulso de rayos X blandos más corto hasta la fecha, de tan solo 19,2 attosegundos. Se trata del destello de luz más rápido, incluso más veloz que la unidad atómica de tiempo (24,2 attosegundos), que corresponde al tiempo que tarda un electrón en completar una órbita alrededor del átomo de hidrógeno: el “año atómico”. Esto permite capturar cómo se comporta e interactúa la materia a escalas atómicas y subatómicas con una resolución temporal sin precedentes.
Los electrones lo determinan todo: cómo se desarrollan las reacciones químicas, cómo los materiales conducen la electricidad, cómo las moléculas biológicas transfieren energía y cómo operan las tecnologías cuánticas. Pero la dinámica electrónica ocurre en escalas de tiempo de attosegundos, demasiado rápidas para las herramientas de medición convencionales.
Ahora, han generado un pulso de rayos X blandos de 19,2 attosegundos que en la práctica crea una “cámara” capaz de capturar estas dinámicas elusivas en tiempo real y con un nivel de detalle sin precedentes, permitiendo observar procesos nunca antes vistos. Los investigadores del ICFO, el Dr. Fernando Ardana-Lamas, el Dr. Seth L. Cousin, Juliette Lignieres, y el Prof. ICREA Jens Biegert, han publicado este nuevo récord en Ultrafast Science. Con solo 19,2 attosegundos de duración, es el pulso de rayos X blandos más corto y brillante jamás producido, dando lugar a la “cámara” más rápida que existe.
Los destellos de luz en el rango espectral de rayos X blandos permiten reconocer los elementos atómicos según su “huella” identificatoria, lo que permite a los científicos rastrear cómo los electrones se reorganizan alrededor de átomos específicos durante reacciones o transiciones de fase. Generar un pulso aislado tan corto requirió innovaciones en la generación de altos armónicos, ingeniería de láseres y metrología de attosegundos. En conjunto, estos avances son los que ahora permiten observar la dinámica electrónica, la cual define las propiedades de los materiales, en su escala de tiempo natural.
El camino hacia este hito comenzó en 2015, cuando el equipo de Jens Biegert fue pionero en la generación de pulsos de attosegundos en el régimen de rayos X blandos al aislar con éxito ráfagas de este tipo de luz. Estos pulsos demostraron su utilidad revolucionaria al resolver la interacción de los electrones con la red cristalina en un sólido y al esclarecer cómo y cuándo se abre un anillo molecular (el precursor de procesos tales como la polimerización). Sin embargo, en aquel momento el método para determinar la duración de dichos pulsos sufría de varias limitaciones. Ahora, estas limitaciones ya se han superado, lo que ha permitido demostrar que estos son los pulsos más cortos jamás medidos.
“Cuando llegué al grupo y vi los sorprendentes indicios, supe que debía analizarlos con un nuevo método de recuperación de pulsos”, comparte con entusiasmo el primer autor, el Dr. Fernando Ardana-Lamas. “¡Por fin podemos decir que, hasta donde sabemos, hemos demostrado el pulso de luz más corto del mundo!”
“Esta nueva capacidad allana el camino a avances en física, química, biología y ciencia cuántica, permitiendo la observación directa de procesos que impulsan la fotovoltaica, la catálisis, los materiales correlacionados y los dispositivos cuánticos emergentes”, explica el Prof. Biegert, reflexionando sobre el futuro de los pulsos de rayos X blandos de duración inferior a la unidad atómica de tiempo. Como él mismo afirma, ahora que las bases para su producción están asentadas, “el cielo es el límite”.
Referencia:
[1] Fernando Ardana-Lamas, Seth L. Cousin, Juliette Ligneres, Jens Biegert. Brilliant source of 19.2 attosecond soft X-ray pulses below the atomic unit of time. Ultrafast Sci. 0:
DOI: 10.34133/ultrafastscience.0128
Agradecimientos:
J.B. and group acknowledges financial support from the European Research Council forERC Advanced Grant “TRANSFORMER” (788218), ERC Proof of Concept Grant “miniX”(840010), FET-OPEN “PETACom” (829153), FET-OPEN “OPTOlogic” (899794), FET-OPEN“TwistedNano” (101046424), MINECO for Plan Nacional PID2024-162757NB-I00; QU-ATTO,101168628; AGAUR for 2021 SGR 01449, MINECO for “Severo Ochoa” (CEX2019-000910-S),Fundació Cellex Barcelona, the CERCA Programme/Generalitat de Catalunya, and the Alexander von Humboldt Foundation for the Friedrich Wilhelm Bessel Prize. JB also acknowledges Lasers4EU, which is funded by the European Union funds under HEU-GA 101131771.