Excitación: Físicos detectan cuasipartículas portadoras de energía en metal
Un equipo de físicos dirigido por el Dr. Hrvoje Petek del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Pittsburgh ha detectado, por primera vez, el excitón -una cuasipartícula responsable de la transferencia de energía dentro de dispositivos tales como células solares, LEDs y circuitos semiconductores- en un metal. Los científicos presentan evidencia directa de excitones en una superficie Ag(111) en el curso de un proceso de fotoemisión de tres fotones con 15 pulsos láser fs.
La humanidad ha utilizado el reflejo de la luz de un espejo metálico a diario durante milenios, pero la magia mecánica cuántica detrás de este fenómeno familiar sólo ahora está siendo descubierta. Cuando la luz se refleja desde un espejo metálico, sacude los electrones libres del metal, y la consiguiente aceleración de los electrones crea una réplica casi perfecta de la luz incidente. La teoría clásica del electromagnetismo proporciona una buena comprensión de las entradas y salidas de este proceso, pero falta una descripción mecánica cuántica microscópica de cómo la luz excita a los electrones. Las propiedades ópticas y electrónicas de los metales hacen que los excitones -partículas de interacción luz-materia- no duren más de aproximadamente 100 attosegundos. Esta corta vida útil dificulta a los científicos el estudio de los excitones en metales, pero también permite que la luz reflejada sea una réplica casi perfecta de la luz entrante.
El Dr. Petek y sus colegas de la Universidad de Pittsburgh y el Instituto de Física de Croacia han logrado observar excitones en la superficie de un cristal de plata. Ellos descubrieron experimentalmente que los electrones de superficie de los cristales de plata pueden mantener el estado excitónico más de 100 veces más largo que el metal a granel, permitiendo que los excitones en los metales sean capturados experimentalmente por una técnica espectroscópica coherente multidimensional recientemente desarrollada. Los resultados se publican en un artículo en la revista Nature Physics. La capacidad de detectar excitones en metales arroja luz sobre cómo se convierte la luz en energía eléctrica y química en plantas y células solares, y en el futuro puede permitir que los metales funcionen como elementos activos en las comunicaciones ópticas. En otras palabras, puede ser posible controlar cómo se refleja la luz de un metal. Xuefeng Cui et al.
