Químicos de Columbia mejoran el microscopio stroboSCAT para seguir partículas cuánticas individuales
Un método de ciclado de la intensidad permite a los investigadores aislar electrones individuales y cuasipartículas que se desplazan por semiconductores bidimensionales
El químico Milan Delor y el estudiante de posgrado Jack Tulyag, de la Universidad de Columbia, han mejorado un instrumento de imagen óptica llamado stroboSCAT para observar en tiempo real portadores individuales de energía cuántica. Según se describe en un artículo publicado en Nature Materials, el sistema mejorado filtra el ruido de medición ciclando la intensidad del láser, lo que permite aislar electrones individuales que se desplazan por semiconductores bidimensionales.
Ciclar la intensidad de la luz para aislar cargas individuales
El último instrumento stroboSCAT, una innovación revolucionaria en imagen a nanoescala, se basa en pulsos de luz estroboscópicos para filmar cómo se mueve la energía a través de materiales sólidos. El químico e inventor Milan Delor desarrolló por primera vez el microscopio en 2019, mientras trabajaba como investigador posdoctoral con Naomi Ginsberg en la Universidad de California en Berkeley, según informó Phys.org. A lo largo de varios años, el laboratorio de Delor en Columbia mejoró su resolución temporal hasta los femtosegundos y su precisión espacial hasta unos pocos nanómetros, siguiendo entidades que van desde electrones hasta cuasipartículas neutras en carga como excitones y fonones. Las versiones anteriores requerían altas densidades de portadores, lo que hacía que las partículas individuales se desvanecieran en el ruido de fondo a medida que se dispersaban por la muestra.
«Eso supone un gran avance para mí. Podemos obtener información sobre el transporte sin preocuparnos por los artefactos de las interacciones de muchos cuerpos»,
— Milan Delor, químico de la Universidad de Columbia
Una solución adaptada de la espectroscopía
Para resolver el problema del ruido, el equipo adaptó un enfoque espectroscópico introducido originalmente por investigadores de la Universidad de Würzburg y la Universidad de Ottawa. Mientras que el método original recopilaba datos espectroscópicos sin detalles espaciales, Delor y Tulyag aplicaron el concepto a la imagen espacial modulando la intensidad de la luz empleada para estimular el material. Este ciclado permite al sistema distinguir estados cuánticos individuales de interacciones colectivas entre partículas mientras viajan por el espacio real, según detalló Phys.org. Esta invención elimina la interferencia causada por artefactos de muchos cuerpos y permite a los investigadores registrar mediciones de transporte limpias en un semiconductor 2D.
Cartografiar defectos y planos abiertos del instrumento
Además de observar partículas individuales, la técnica actualizada puede aislar dinámicas de múltiples partículas, incluidas las interacciones de dos y tres partículas. Los investigadores lo demostraron cartografiando cómo los defectos cristalinos alteran las propiedades electrónicas locales de los materiales 2D y siguiendo transiciones de fase inducidas por la luz en un sólido superatómico. En lugar de asegurar una patente o restringir la propiedad intelectual, Delor confirmó a Phys.org que el grupo distribuye los planos y el software de funcionamiento del microscopio para facilitar una adopción más amplia en los laboratorios. A continuación, el equipo de Columbia planea estudiar los pares de Cooper, los electrones emparejados responsables de la superconductividad, así como los condensados cuánticos macroscópicos.
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