Chorro atómico: primera lente para luz ultravioleta extrema desarrollada

Chorro atómico: primera lente para luz ultravioleta extrema desarrollada
Los científicos del Instituto Max Born (MBI) han desarrollado la primera lente refractiva que enfoca los rayos ultravioleta extremos.

En lugar de usar una lente de vidrio, que no es transparente en la región ultravioleta extrema, los investigadores han demostrado una lente que está formada por un chorro de átomos.

Los resultados, que ofrecen nuevas oportunidades para la obtención de imágenes de muestras biológicas en los plazos más cortos, se publicaron en Nature .

Un tronco de árbol parcialmente sumergido en agua parece estar doblado. Dado que cientos de años las personas saben que esto se debe a la refracción, es decir, la luz cambia su dirección cuando se viaja de un medio (agua) a otro (aire) en ángulo.

La refracción es también el principio físico subyacente detrás de las lentes que desempeñan un papel indispensable en la vida cotidiana: son parte del ojo humano, se usan como gafas, lentes de contacto, como objetivos de cámara y para controlar los rayos láser.

Tras el descubrimiento de nuevas regiones del espectro electromagnético, como la radiación ultravioleta (UV) y los rayos X, se desarrollaron lentes refractivas que se adaptan específicamente a estas regiones espectrales.

embargo, la radiación electromagnética en la región ultravioleta extrema (XUV) es algo especial. Ocupa el rango de longitud de onda entre los dominios de rayos X y UV, pero a diferencia de los dos últimos tipos de radiación, solo puede viajar en el vacío o gases muy raros.

Hoy en día, los haces XUV se utilizan ampliamente en la litografía de semiconductores, así como en investigaciones fundamentales para comprender y controlar la estructura y la dinámica de la materia.

Permiten la generación de los pulsos de luz más cortos hechos por el hombre con una duración de attosegundos (un attosegundo es una mil millonésima parte de una mil millonésima parte de un segundo). Sin embargo,

A pesar de la gran cantidad de fuentes y aplicaciones XUV, hasta ahora no ha habido lentes XUV. La razón es que la radiación XUV es fuertemente absorbida por cualquier material sólido o líquido y simplemente no puede pasar a través de lentes convencionales.

Para enfocar los rayos XUV, un equipo de investigadores de MBI ha adoptado un enfoque diferente: reemplazaron una lente de vidrio con la formada por un chorro de átomos de un gas noble, el helio.

Esta lente se beneficia de la alta transmisión de helio en el rango espectral XUV y al mismo tiempo se puede controlar con precisión cambiando la densidad del gas en el chorro. Esto es importante para ajustar la longitud focal y minimizar el tamaño de los puntos de los rayos XUV enfocados.

En comparación con los espejos curvos que se usan a menudo para enfocar la radiación XUV, estas lentes refractivas gaseosas tienen una serie de ventajas: una lente ‘nueva’ se genera constantemente a través del flujo de átomos en el chorro, lo que significa que se evitan los problemas de daños.

Además, una lente de gas prácticamente no produce pérdida de radiación XUV en comparación con un espejo típico. «Esta es una mejora importante, porque la generación de haces XUV es compleja y, a menudo, muy costosa», explica el Dr. Bernd Schuette, científico de MBI y autor correspondiente de la publicación.

En el trabajo, los investigadores han demostrado además que un chorro atómico puede actuar como un prisma que rompe la radiación XUV en sus componentes espectrales constituyentes.

Esto puede compararse con la observación de un arco iris, resultante de la ruptura de la luz del Sol en sus colores espectrales por gotitas de agua, excepto que los «colores» de la luz XUV no son visibles para un ojo humano.

El desarrollo de las lentes y prismas de fase gaseosa en la región XUV hace posible transferir técnicas ópticas basadas en la refracción y que se utilizan ampliamente en la parte visible e infrarroja del espectro electromagnético, al dominio XUV.

Las lentes de gas podrían, por ejemplo, ser explotadas para desarrollar un microscopio XUV o para enfocar los haces XUV a tamaños de puntos nanométricos. Esto se puede aplicar en el futuro, por ejemplo, para observar cambios estructurales de biomoléculas en los plazos más cortos.

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