Los investigadores asumieron que pequeños objetos explotarían instantáneamente al ser golpeados por la luz extremadamente intensa del láser de rayos X más poderoso del mundo en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía. Pero para su sorpresa, estas nanopartículas inicialmente se redujeron en su lugar, un hallazgoeso proporciona una idea del inusual mundo de los nanomateriales sobrecalentados que eventualmente también podría ayudar a los científicos a desarrollar aún más las técnicas de rayos X para tomar imágenes atómicas de moléculas individuales.
Los experimentos se llevaron a cabo en el láser de rayos X de la fuente de luz coherente Linac LCLS, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE. Sus pulsos son tan brillantes que se pueden usar para convertir sólidos en gases altamente ionizados, o plasmas, queexplotar en una fracción de segundo. Afortunadamente, para muchas muestras, los investigadores pueden tomar los datos que necesitan antes de que se produzca el daño, un enfoque que se ha utilizado para revelar detalles nunca antes vistos de una variedad de muestras relevantes para la química, ciencia de los materiales, biología e investigación energética.
Sin embargo, los límites finales de este enfoque no se comprenden bien. Una de las visiones clave para la ciencia del láser de rayos X es la imagen de partículas individuales, únicas en su tipo, con pulsos de rayos X únicos. Para hacerlode manera cuantitativa, los investigadores necesitan comprender con precisión cómo responde cada molécula a la intensa luz de rayos X. El nuevo estudio, publicado en Avances científicos , proporciona una visión inesperada de este aspecto.
"Hasta ahora, todos los modelos han asumido que un sistema muy pequeño explotaría inmediatamente cuando bombeamos mucha energía con el láser de rayos X", dice el ex investigador de LCLS Christoph Bostedt, quien ahora está en el Laboratorio Nacional Argonne yNorthwestern University. "Pero nuestros experimentos mostraron lo contrario".
En LCLS, Bostedt y sus colegas investigadores expusieron grupos minúsculos de átomos de xenón a dos pulsos de rayos X consecutivos. Los grupos, que tenían solo tres millonésimas de pulgada de ancho, fueron calentados por el primer pulso durante 10 cuatrillonésimas de segundo,o 10 femtosegundos. El segundo pulso sondeó las estructuras atómicas de los grupos durante los siguientes 80 femtosegundos.
"La naturaleza única del pulso de rayos X de LCLS nos permitió crear una película congelada de la respuesta, con una resolución de aproximadamente una décima parte del ancho de un solo átomo de xenón", dice LCLS y estudiante graduado de la Universidad de StanfordKen Ferguson, quien dirigió el análisis de datos. Los investigadores creen que el efecto es el resultado de cómo los electrones, que inicialmente se localizaron alrededor de átomos de xenón individuales, se redistribuyen en todo el grupo después del primer pulso de rayos X.
"Este fenómeno nunca se había observado antes, ni había sido predicho por ninguna de las teorías existentes", dice. "Esperamos que tenga implicaciones para muchos experimentos de láser de rayos X ultrarrápidos, especialmente aquellos orientados a partículas individualesimágenes con pulsos de rayos X muy intensos "
La investigación podría beneficiar también los estudios en otras áreas, como las investigaciones de materia cálida y densa, un estado de la materia entre un sólido y un plasma que existe en los núcleos de ciertos planetas y que también es importante en la búsqueda de la fusión nuclearcon láser de alta potencia.
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Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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