In una serie di esperimenti condotti presso lo SLAC National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell'Energia in California, i ricercatori hanno diretto intensi impulsi di raggi X su materiali su scala nanometrica costituiti dal composto nichelato di neodimio. Quando i raggi X colpivano il materiale, emettevano elettroni energetici, che venivano poi misurati utilizzando uno spettrometro.
Ciò che ha sconcertato gli scienziati sono state le proprietà di questi elettroni emessi. Si aspettavano di osservare gli elettroni che avevano guadagnato energia e si muovevano più velocemente dopo aver assorbito i raggi X. Invece, hanno scoperto che la velocità degli elettroni era diminuita e si comportavano come se fossero molto più pesanti del previsto.
Il dottor Juncong Zhang, ricercatore post-dottorato presso lo SLAC e coautore dello studio, ha spiegato:"Era come se gli elettroni si fossero rivestiti di minuscoli" rivestimenti "virtuali, che li hanno rallentati facendoli apparire più massicci".
Il comportamento osservato non può essere spiegato dalle teorie fisiche tradizionali, che prevedono che quando le particelle acquistano energia, si muovono più velocemente. Suggerisce invece l’esistenza di interazioni o meccanismi in questi materiali che alterano il modo in cui gli elettroni si comportano quando interagiscono con i fotoni ad alta energia.
Il gruppo di ricerca ritiene che l'effetto coinvolga l'interazione tra gli elettroni e le vibrazioni del reticolo nel materiale, che portano a una riorganizzazione temporanea della struttura elettronica del nichelato di neodimio. Queste interazioni dinamiche danno origine al fenomeno dell'"elettrone pesante".
Il dottor Zahid Hussain, uno scienziato senior dello SLAC e coautore dello studio, ha dichiarato:"Le nostre osservazioni indicano che gli elettroni possono mostrare nuove proprietà intriganti quando vengono portati fuori equilibrio da stimoli intensi e ultraveloci come un impulso di raggi X".
I risultati, pubblicati sulla rivista Science, sono importanti per comprendere il comportamento degli elettroni in condizioni estreme e potrebbero far luce sulle interazioni elettroniche nei materiali complessi. Questa conoscenza potrebbe avere implicazioni in campi quali la superconduttività e lo sviluppo di nuovi materiali con proprietà elettroniche desiderabili.
Al di là del suo significato scientifico, la ricerca evidenzia anche la capacità di strutture a raggi X avanzate come la SLAC Linac Coherent Light Source (LCLS) di indagare i processi ultraveloci nei materiali e catturare dettagli senza precedenti del loro comportamento elettronico.
