La comunità scientifica conosce l'esistenza degli elettroni da oltre cento anni, ma ci sono aspetti importanti della loro interazione con la materia che rimangono avvolti nel mistero. Una particolare area di interesse sono gli elettroni a bassa energia o gli elettroni che hanno livelli di energia cinetica di circa 10 elettronvolt (eV) o meno. Questi elettroni influiscono sul funzionamento degli isolanti nei sistemi elettronici e sono responsabili dei danni da radiazioni nei tessuti umani e in altri tessuti biologici.

Il metodo classico per studiare come gli elettroni interagiscono con la materia consiste nell'analizzare la loro diffusione attraverso strati sottili di una sostanza nota. Ciò avviene dirigendo un flusso di elettroni sullo strato e analizzando le successive deviazioni nelle traiettorie degli elettroni.

"Gli elettroni ad alta energia interagiscono principalmente con i singoli atomi in una sostanza e la loro diffusione può essere prevista dai modelli generalizzati esistenti, " disse Ruth Signorell, professore di chimica fisica all'ETH di Zurigo, l'Istituto Federale Svizzero di Tecnologia. "In contrasto, gli elettroni a bassa energia interagiscono con l'intera rete molecolare, che include i legami chimici e il movimento vibrazionale degli atomi all'interno della sostanza, e la loro diffusione è attualmente troppo complessa per essere prevista con un modello. Con questo in testa, abbiamo sviluppato un approccio alternativo per misurare il movimento degli elettroni a bassa energia".

Signorell e i suoi colleghi spiegano il loro lavoro questa settimana in Il Giornale di Fisica Chimica .

"Una delle nostre idee chiave è stata lo sviluppo di una tecnica che chiamiamo 'metodo del rivestimento dell'aerosol'. Si tratta di generare goccioline di aerosol che consistono in un nucleo solido e un guscio fatto di materiali organici che imitano alcuni dei polimeri che si trovano in elettronica. Lavorare con queste goccioline nel vuoto, possiamo usare la luce laser per indurre il nucleo a rilasciare elettroni che viaggiano attraverso il guscio. Quando raggiungono la superficie e fuggono, possiamo misurare diverse metriche come la loro intensità, " disse Signorell.

"Il metodo dell'aerosol overlayer offre due vantaggi principali, " Signorell ha detto. "In primo luogo, rende più facile separare i problemi del trasporto degli elettroni attraverso il guscio rispetto alla loro formazione nel nucleo. Secondo, goccioline di dimensioni paragonabili alla lunghezza d'onda del laser fungono da risonatori per la luce laser. Questo può essere sfruttato per generare una grande quantità di informazioni aggiuntive sull'interazione degli elettroni con la materia".

"La sfida principale di questo metodo è determinare con precisione la dimensione del nucleo e del guscio delle particelle di aerosol. Sebbene sia ancora difficile misurare queste quantità, l'accuratezza delle misurazioni influisce sull'accuratezza delle informazioni di dispersione generate, " disse Signorell.

Andando avanti, Signorell e i suoi colleghi sono interessati ad ampliare l'ambito del loro lavoro con il metodo dell'aerosol overlayer.

"Vogliamo applicare il metodo di sovrapposizione dell'aerosol a diversi materiali di vario spessore. Siamo particolarmente interessati a gusci molto sottili e a come i loro cambiamenti strutturali influenzino la fuga di elettroni dalla superficie della gocciolina. Questo è potenzialmente molto rilevante per i ricercatori che indagano su questioni scientifiche relative alle superfici e alle interfacce di diverse sostanze, " disse Signorell. "Con tutto questo lavoro, speriamo di analizzare completamente l'ampia gamma di dati sperimentali che possono essere generati in modo da poter imparare di più sul movimento degli elettroni a bassa energia".