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Propiedades inesperadas de un cristal parecido al diamante desafían las teorías sobre la fotoemisión
El uso del titanato de estroncio como fotocátodo podría reescribir la teoría de Albert Einstein sobre el efecto fotoeléctrico, galardonada con el Premio Nobel.
Un equipo de científicos chinos de la Universidad Westlake y sus colegas de la Universidad Northeastern (EE.UU.) ha descubierto una nueva clase de materiales cuánticos que se desempeñan como fotocátodos, que convierten los fotones en electrones.
La superficie reconstruida del titanato de estroncio (SrTiO3), un óxido de elementos químicos que empezó a ser utilizado hace más de 50 años, principalmente como simulador de diamante, resultó ser la primera de su clase en poseer "propiedades de fotoemisión inusuales" que van más allá de las descripciones teóricas existentes.
El estudio fue publicado el 8 de marzo en la revista Nature. Los investigadores lograron generar potentes rayos de electrones con una eficacia sin precedentes utilizando el titanato de estroncio, cuyo rendimiento excepcional en esas tareas sugiere una física novedosa más allá del marco teórico bien establecido para la fotoemisión.
El hito científico podría incluso reescribir la teoría de Albert Einstein de 1905 sobre el efecto fotoeléctrico, galardonada con el Premio Nobel. Según ella, cuando la luz alcanza un material determinado, desde la superficie de este pueden emitirse electrones. La teoría ayudó a comprender la naturaleza cuántica de la luz y los electrones.
Sin embargo, la mayoría de los materiales existentes que convierten los fotones en electrones, descubiertos hace ya unos 60 años, tienen un defecto: los electrones que generan están dispersos en ángulo y velocidad. El titanato de estroncio, en cambio, permitió conseguir electrones concentrados y consistencia en la generación de los rayos de electrones, que impide su dispersión.
Utilizando distintas energías de fotones en el rango de 10 electronvoltios, los investigadores lograron una "fotoemisión secundaria coherente muy intensa", más potente que cualquier otra vista antes, explicó Arun Bansil, uno de los autores del estudio de la Universidad Northeastern. Bansil calificó el descubrimiento de un "hito milagroso" y "un gran logro, porque no existe ningún mecanismo en nuestro conocimiento actual de la fotoemisión que pueda producir un efecto semejante".
El hallazgo pone en tela de juicio lo que los científicos creían saber sobre el funcionamiento de la fotoemisión y sienta las bases para un nuevo entendimiento de cómo la luz interactúa con los materiales.
"Todos pensábamos que entendíamos la física básica involucrada en el proceso, hasta el punto en que el desarrollo de aplicaciones se ajusta a un determinado paradigma de teoría y pensamiento", comentó Bansil. "Como suele hacer la naturaleza, este trabajo nos da un vuelco en todo esto", agregó.
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