Pela primeira vez, engenheiros e cientistas da Caltech puderam observar diretamente o movimento ultrarrápido dos elétrons imediatamente após serem excitados com um laser - e descobriram que esses elétrons se difundem em seus arredores muito mais rápido e mais longe do que o esperado.

Esse comportamento, conhecido como "superdifusão, "tinha sido hipotetizado, mas nunca antes visto. Uma equipe liderada por Marco Bernardi do Caltech e o falecido Ahmed Zewail documentou o movimento dos elétrons usando microscópios que capturaram imagens com uma velocidade de obturador de um trilionésimo de segundo em uma resolução espacial de escala nanométrica. descobertas aparecem em um estudo publicado em Nature Communications em 11 de maio.

Os elétrons excitados exibiram uma taxa de difusão 1, 000 vezes maior do que antes da excitação. Embora o fenômeno dure apenas algumas centenas de trilionésimos de segundo, fornece o potencial para a manipulação de elétrons quentes neste regime rápido para transportar energia e carga em novos dispositivos.

"Nosso trabalho mostra a existência de um transiente rápido que dura algumas centenas de picossegundos, durante o qual os elétrons se movem muito mais rápido do que sua velocidade à temperatura ambiente, implicando que eles podem cobrir distâncias mais longas em um determinado momento quando manipulados com lasers, "diz Bernardi, professor assistente de física aplicada e ciência dos materiais na Divisão de Engenharia e Ciências Aplicadas da Caltech. "Este comportamento de não equilíbrio pode ser empregado em novos aparelhos eletrônicos, optoeletrônico, e dispositivos de energia renovável, bem como para descobrir novos fundamentos da física. "

Colega de Bernardi, Prêmio Nobel Ahmed Zewail, o professor de química Linus Pauling, professor de física, e diretor do Centro de Biologia Física para Ciência e Tecnologia Ultra-rápida da Caltech, faleceu em 2 de agosto, 2016

A pesquisa foi possível graças à microscopia eletrônica de varredura ultrarrápida - uma tecnologia de imagem ultrarrápida desenvolvida por Zewail que é capaz de criar imagens com tempo de picossegundo e resoluções espaciais nanométricas. Bernardi desenvolveu a teoria e os modelos de computador que explicam os resultados experimentais como uma manifestação de superdifusão.

Bernardi planeja continuar a pesquisa tentando responder tanto às questões fundamentais sobre os elétrons excitados (como como eles se equilibram entre si e com as vibrações atômicas nos materiais) quanto as aplicadas, por exemplo, como os elétrons quentes podem aumentar a eficiência de dispositivos de conversão de energia, como células solares e LEDs.