Proyecto X-RAY PUMP-PROBE

n concreto, fueron capaces de grabar imágenes a un intervalo de tiempo tan corto que es posible observar átomos y nanoestructuras en tiempo real. Este «vídeo atómico», que muestra el comportamiento de átomos en el momento clave de una reacción química, permitirá entender procesos de un femtosegundo de duración (un femtosegundo es la milbillonésima parte de un segundo).

El apoyo comunitario al estudio procedió el proyecto X-RAY PUMP-PROBE («Espectroscopias pump-probe de rayos X: nuevas herramientas para estudiar dinámicas de superficie ultrarrápidas»), que recibió una prima internacional de regreso Marie Curie cercana a los 160.000 euros mediante el Séptimo Programa Marco (7PM).

Los microscopios ópticos tradicionales utilizados normalmente para ampliar objetos minúsculos adolecen de un inconveniente básico a escalas tan pequeñas como la atómica. Este tipo de microscopios permiten observar objetos de hasta 200 nanómetros (nm) de ancho, casi tres órdenes de magnitud por encima del diámetro de un átomo. Para acercarse más a las escalas atómicas es necesario aplicar métodos completamente distintos empezando por reducir la longitud de onda de la luz.

La longitud de onda de un fotón de luz visible es muy elevada a escala atómica. La luz visible va desde los 400 nm hasta los 750 nm y existe un límite fundamental, el límite de difracción, que dicta el menor tamaño posible de un objeto para ser detectado con fotones de estas longitudes de onda.

Para alcanzar resoluciones nanométricas y subnanométricas es necesario aplicar rayos X, tecnología que durante los últimos años ha experimentado progresos radicales e impresionantes en lo referente a la potencia de resolución de la microscopía de rayos X. Científicos de la Universidad de Kiel utilizaron pulsos de luz ultracortos en la región espectral blanda de rayos X (entre 0,12 y 12 keV) generados mediante un sistema láser.

El profesor Michael Bauer de la Universidad de Kiel explica que «las técnicas que hemos creado nos permiten registrar vídeos de procesos extremadamente rápidos con mucha mayor exhaustividad de lo que [...] antes era posible con técnicas similares».

«Ahora somos capaces de hacer seguimientos de transiciones de fase en sólidos o reacciones catalíticas en superficies», añade el profesor Bauer. Estas se producen cuando, por ejemplo, átomos y moléculas reaccionan entre sí o cuando los estados de los componentes electrónicos cambian. Este tipo de procesos se suceden en cuestión de femtosegundos.

«La cantidad de información que se obtiene de las imágenes que hemos obtenido al reproducirlas a cámara lenta es enorme», concluye el profesor Bauer. «Obtendremos información completamente nueva sobre las propiedades electrónicas más relevantes de sólidos importantes para distintas tecnologías presentes y futuras, como por ejemplo las de telecomunicaciones.»