Cañón de electrones del tamaño de una caja de cerillas

Un equipo internacional de investigadores ha construido un nuevo tipo de cañón de electrones que ha sido miniaturizado de modo espectacular, hasta un tamaño parecido al de una caja de cerillas.

Este avance es obra del equipo de Franz Kärtner, del Centro Alemán para la Ciencia del Láser de Electrones Libres (CFEL), entidad conjunta del Sincrotrón Alemán de Electrones (DESY, por sus siglas en alemán), la Universidad de Hamburgo y la Sociedad Max Planck, todas estas instituciones en Alemania.

Los cañones de electrones se emplean en ciencia para generar rayos de electrones de alta calidad con los que investigar nuevos materiales, desde biomoléculas a superconductores. También son la fuente de electrones para los aceleradores lineales de partículas que impulsan a los láseres de electrones libres de rayos X.

El nuevo dispositivo utiliza radiación en el orden del terahercio generada por un láser, en vez de los habituales campos de radiofrecuencia, para acelerar electrones desde su posición de reposo. Dado que la longitud de onda de la radiación en el orden del terahercio es mucho más corta que la de la radiación de radiofrecuencia, el dispositivo puede hacerse sustancialmente más pequeño. Mientras los cañones de electrones más avanzados pueden tener el tamaño de un automóvil, el nuevo aparato mide solo 34 por 24,5 por 16,8 milímetros.

Un cañón de electrones en miniatura alimentado por radiación en el orden del terahercio: un pulso ultravioleta (en azul) ilumina el fotocátodo del cañón, produciendo un conjunto denso de electrones dentro de él. El conjunto es inmediatamente acelerado por un único ciclo ultraintenso de pulsos en el orden del terahercio hasta energías que se acercan a un kiloelectronvoltio (keV). (Imagen: W. Ronny Huang, CFEL/DESY/MIT)

Además, los materiales usados para guiar la radiación son sensibles a campos mucho más elevados en las longitudes de onda en el orden del terahercio, en comparación con las longitudes de onda de la radiofrecuencia, permitiendo así que la radiación en el ámbito del terahercio proporcione una “patada” mucho más fuerte a los electrones.

Los chorros de electrones ultracortos, que poseen una propagación estrecha de energía, una alta carga y una baja inestabilidad, son esenciales para los experimentos de difracción de electrones ultrarrápidos encaminados a resolver las transiciones de fase en metales, semiconductores y cristales moleculares, por ejemplo.

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