Fabio Boschini, profesor del INRS, y sus colegas de QMI-UBC resaltan la técnica de fotoemisión TR-ARPES. Crédito de la imagen: Fabio Boschini (INRS)
La investigación en materiales cuánticos está preparada para impulsar avances tecnológicos que redefinirán industrias como la minería, energía, el transporte y la tecnología médica.
La espectroscopia de fotoemisión resuelta en tiempo y ángulo o Time- and angle-resolved photoemission spectroscopy (TR-ARPES), una técnica que utiliza la interacción entre la luz y la materia, permite a los investigadores investigar el equilibrio y las propiedades dinámicas de los materiales cuánticos.
Un artículo de revisión reciente publicado por el profesor Fabio Boschini del Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) y sus colegas Marta Zonno de Canadian Light Source (CLS) y Andrea Damascelli del Steward Blusson Quantum Matter Institute de la UBC (QMI) demuestra que TR-ARPES ha evolucionado rápidamente hasta convertirse en una técnica poderosa durante las últimas dos décadas.
El profesor Boschini, especializado en espectroscopías ultrarrápidas de materia condensada en el Centro de Investigación de Énergie Matériaux Télécommunications, afirma que TR-ARPES es una técnica útil no solo para estudios fundamentales sino también para caracterizar propiedades fuera de equilibrio de materiales cuánticos para aplicaciones futuras.
Una innovadora herramienta para la investigación de materiales cuánticos.
El artículo reciente ofrece una revisión detallada de la investigación que utiliza TR-ARPES, así como su relevancia cambiante para comprender la dinámica electrónica inducida por la luz y las transiciones de fase en una variedad de materiales cuánticos.
La comunidad científica está actualmente investigando nuevos «riesgos de sintonización» con el fin de controlar las propiedades electrónicas, de transporte y magnéticas de los materiales cuánticos bajo demanda. El profesor Boschini, quien también es investigador afiliado a QMI, señala que una de las amenazas de sintonización es la interacción luz-materia, la cual promete proporcionar un control preciso de las propiedades de los materiales cuánticos en escalas de tiempo ultrarrápidas.
La técnica TR-ARPES es ideal para este propósito porque proporciona información directa sobre cómo la excitación de la luz modifica los estados electrónicos con resolución de tiempo, energía y momento.
Andrea Damasceli, directora científica de Blusson QMI, afirma que TR-ARPES ha iniciado una nueva era en la investigación de materiales cuánticos, permitiéndonos ‘llamar al sistema’ y observar cómo responde, y sacar los materiales del equilibrio para descubrir sus propiedades ocultas.
El éxito de TR ARPES depende de la colaboración.
Los grupos de investigación de ambos campos se unen a TR-ARPES, que combina la espectroscopia de materia condensada (ARPES) con láseres ultrarrápidos (fotónica). El éxito de la técnica se debe principalmente a los avances significativos en el desarrollo de nuevas fuentes láser capaces de producir luz con características específicas.
Boschini trabaja en colaboración cercana con el profesor François Légaré, quien es catedrático del INRS y se especializa en la ciencia y tecnología de láseres ultrarrápidos. En el laboratorio de Fuente de luz láser avanzada (ALLS), los grupos de Boschini y Légaré construyeron y están operando una estación terminal TR-ARPES de última generación con capacidades únicas de excitación intensa de longitud de onda larga.
El Profesor Légaré, director del Centro de Investigación Énergie Matériaux Télécommunications del INRS y Responsable Científico de ALLS, afirma que ahora están en una posición privilegiada para abrir el TR -ARPES en ALLS para usuarios nacionales e internacionales, gracias al apoyo de la Fundación Canadiense para la Innovación (CFI), los gobiernos de Quebec (MEIE) y Canadá, LaserNetUS, así como el reciente programa CFI Major Science Initiatives.
El profesor Boschini afirma que TR-ARPES es actualmente una técnica avanzada que ha tenido un impacto significativo en una variedad de campos de la física y la química. Concluye diciendo que se avecinan tiempos aún más emocionantes debido a nuevos avances experimentales y teóricos, como los que estamos realizando en ALLS.
REFERENCIAS
Time-resolved ARPES studies of quantum materials. Reviews of Modern Physics: https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.96.015003
