martedì 9 ottobre 2012

Ma c'è corrente elettrica in un isolante?

Fonte: Sci-X
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Il team che impiega i raggi X di femtosecondi ha osservato un trasferimento estremamente veloce di elettroni tra atomi vicini, mediante l'applicazione di un forte campo ottico un cristallo isolante e la distribuzione degli elettroni nello spazio reale.
In un materiale isolante, gli elettroni non si muovono assolutamente, quando vengono sottoposti ad una forte tensione. E se si muovono, a che velocità e quanta strada percorrono?
Per rispondere a questa domanda fondamentale, bisogna misurare la posizione degli elettroni nel materiale con una precisione dell'ordine di 0.1 nm, più o meno corrispondenti alla distanza tra atomi vicini. Ciò è possibile mediante prendendo immagini del materiale con raggi X, che sono diffusi dagli elettroni e forniscono la loro disposizione spaziale. Inoltre, occorre applicare un campo elettrico sufficientemente elevato per spostare gli elettroni dagli atomi ai quali sono legati inizialmente. Tale campo elevato può essere fornito per un intervallo di tempo molto breve di 50 femtosecondi, da un forte impulso ottico che viene inviato sul materiale.
In questo numero di Physical Review Letters (PRL 109, 147402, 2012
(link :
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v109/i14/e147402), Johannes Stingl, Flavio Zamponi, Freyer Benjamin, Michael Woerner, Thomas Elsaesser e Andreas Borgschulte riferiscono sulla prima ripresa di immagini, in situ, con raggi X,di movimenti di atomi ed elettroni, indotti da un forte campo ottico. Per il materiale ionico LiBH4 del prototipo, hanno determinato la mappa degli elettroni, in funzione del tempo, ricavata mediante istantanee ai raggi X, prese con flash di raggi x duri, della durata di 100 femtosecondi. Prendendo istantanee coi raggi X in momenti diversi durante e dopo l'impulso ottico che fornisce il campo elettrico, si crea un film molecolare dei movimenti di atomi ed elettroni.
E 'stata una grande sorpresa per i ricercatori che, durante la sovrapposizione temporale dell'impulso ottico e del flash di raggi X, avviene un trasferimento estremamente rapido di un elettrone dagli ioni BH4- ai vicini Li +, per una distanza di 0,25 nm. Poiché il campo elettrico dell'impulso ottico inverte il senso ogni 1,3 fs, l'elettrone è guidato avanti e indietro tra i due siti, ad una velocità estremamente elevata, di circa l’1% della velocità della luce. Dopo l'impulso ottico, l'elettrone ritorna allo ione BH4- e viene ripristinata la distribuzione elettronica originale. Al di là di questo trasferimento reversibile di elettrone,quasi istantaneo, non c’è corrente elettrica macroscopica, ossia il materiale si comporta come isolante.
Un’analisi quantitativa mostra che la grande escursione degli elettroni tra ioni adiacenti dà il contributo principale alla polarizzazione elettrica e rappresenta la causa di molte non-linearità alle frequenze ottiche.
Accanto alle nuove conoscenze nelle proprietà fondamentali elettriche e ottiche degli isolanti, gli esperimenti offrono grandi potenzialità di impiego per la caratterizzazione temporale di impulsi di raggi X ultracorti.

Testo originario e filmato:

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