Descubriendo nuevas posibilidades: Exploración de las interacciones entre positrones e iones en los cristales
En una exploración pionera, un equipo de investigación del que forma parte el profesor Yasuyuki Nagashima, de la Universidad de Ciencias de Tokio (TUS), Japón, ha abierto una nueva vía para investigar las interacciones entre positrones y cristales iónicos.
Esta colaboración, documentada en Physical Review Letters, cuenta con las aportaciones del Dr. Takayuki Tachibana, antiguo profesor adjunto de la TUS y actualmente afiliado a la Universidad de Rikkyo, y del Sr. Daiki Hoshi, estudiante de posgrado de la TUS.
Una luz sobre la desorción estimulada por electrones
Estos investigadores emprendieron su viaje inspirados por el fenómeno conocido como “desorción estimulada por electrones”. Este fenómeno consiste en la expulsión de iones positivos monoatómicos de una superficie sólida al ser bombardeada por un haz de electrones.
Según v explica el Dr. Tachibana, “hace tiempo que se sabe que cuando se inyectan electrones en una superficie sólida, los átomos que la componen son expulsados en forma de iones positivos monoatómicos”. Esto condujo al equipo a indagar sobre el resultado de bombardear un cristal con positrones.
Experimentación controlada con cristales de fluoruro de litio
Los investigadores realizaron experimentos dirigiendo un haz de positrones o electrones sobre la superficie (110) de un cristal de fluoruro de litio (LiF). Para regular las energías incidentes de estas partículas cargadas, utilizaron campos eléctricos estratégicamente situados y generados por deflectores.
Los deflectores también desempeñaron un papel crucial a la hora de redirigir los iones desorbidos del cristal hacia un detector de iones. El análisis espectroscópico posterior de las señales detectadas desveló la composición exacta de los iones desorbidos.
Descubrimiento de nuevos hallazgos
Mientras los electrones bombardeaban el cristal de LiF, se detectaban los iones monoatómicos esperados, Li+, F+ y H+ (atribuibles a los gases residuales de la cámara experimental).
No obstante, la inyección de positrones dio lugar a la detección de iones de flúor molecular positivos (F2+) e iones de fluoruro de hidrógeno positivos (FH+). Se trata del primer caso documentado de expulsión de iones moleculares por irradiación de positrones.
El mecanismo al descubierto
Los investigadores, tras un análisis en profundidad y más experimentos, formularon un modelo de desorción para dilucidar sus hallazgos. De acuerdo con este modelo, a medida que los positrones se infiltran en un sólido, algunos regresan a la superficie tras perder energía.
En el caso de los cristales de LiF, estos positrones pueden atraer a dos iones negativos de flúor vecinos en la superficie, formando un compuesto positrónico. Si el positrón unido se aniquila con uno de los electrones del núcleo del ion flúor, se emite un electrón Auger, lo que conduce a un intercambio de carga y a la generación de un ion molecular F2+ positivo. Las fuerzas de repulsión de los iones Li+ cercanos impulsan este ion fuera del cristal.
Abrir camino a nuevas posibilidades
Los hallazgos de este estudio pueden mejorar significativamente nuestra comprensión de las interacciones entre materia y antimateria.
La estabilidad y las propiedades de enlace de los compuestos positrónicos ofrecen perspectivas únicas sobre la interacción de las antipartículas con sustancias ordinarias, lo que abre el camino a nuevas investigaciones en el campo de la química cuántica”, afirma el Dr. Tachibana. Además, el método propuesto podría conducir a nuevos iones y moléculas moleculares, abriendo nuevas vías para futuras investigaciones.
Aplicaciones en expansión
Este método podría aplicarse en diversos campos. En la ciencia de materiales, podría facilitar la modificación de superficies y el estudio preciso de las propiedades de los materiales.
Las aplicaciones potenciales se extienden a la terapia del cáncer, la computación cuántica, el almacenamiento de energía y el desarrollo de dispositivos electrónicos de nueva generación.
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