Piense en ello como una película microscópica: una secuencia de imágenes de rayos X muestra la explosión de nanopartículas sobrecalentadas. La serie de imágenes revela cómo se mueven los átomos en estas partículas, cómo forman plasma y cómo las partículas cambian de forma.
El método para tomar estas fotos es una creación colaborativa que involucró a los investigadores Artem Rudenko y Daniel Rolles de la Universidad Estatal de Kansas, ambos profesores asistentes de física.
Las películas ayudan a los científicos a comprender las interacciones de la luz láser intensa con la materia. Pero, lo que es más importante, estos experimentos abren el camino para filmar varios procesos que involucran dinámicas ultrarrápidas de muestras microscópicas, como la formación de aerosoles, que juegan un papel importanteen modelos climáticos o fusión por láser.
"Podemos crear una película real del micromundo", dijo Rudenko. "El desarrollo clave es que ahora podemos tomar secuencias de imágenes en la nanoescala".
Rudenko y Rolles, ambos afiliados al Laboratorio James R. Macdonald de la universidad, colaboraron con investigadores del Laboratorio Nacional Acelerador SLAC en la Universidad de Stanford, el Laboratorio Nacional Argonne y los Institutos Max Planck en Alemania. Su publicación, "Femtosecond and nanometer visualizationde dinámica estructural en nanopartículas sobrecalentadas ", aparece en Fotónica de la naturaleza .
En este trabajo, la colaboración utilizó láseres intensos para calentar grupos de nanoescala de xenón y luego tomó una serie de imágenes de rayos X para mostrar lo que sucedió con las partículas. La serie de imágenes se convirtió en una película de cómo se mueven estos objetos al nivel de femtosegundos, que son una millonésima parte de una billonésima de segundo.
"Lo que hace que el nano sea tan interesante es que el comportamiento de muchas cosas cambia cuando llegas a la nanoescala", dijo Rolles. "Los nanoobjetos cierran la brecha entre la materia en masa y los átomos o moléculas individuales. Esta investigación nos ayuda mientras lo intentamospara comprender el comportamiento de los nanoobjetos y cómo cambian de forma y propiedades en tiempos extremadamente cortos "
Las imágenes de las nanopartículas no pueden tomarse con luz óptica normal, pero deben tomarse con rayos X porque la luz de rayos X tiene longitudes de onda nanométricas que permiten a los investigadores ver objetos a nanoescala, dijo Rolles. La longitud de onda de la luz debe coincidir con el tamaño deel objeto.
Para tomar las fotos, los investigadores necesitaban dos ingredientes: pulsos de rayos X muy cortos y pulsos de rayos X muy potentes. La fuente de luz coherente Linac en SLAC proporcionó esos dos ingredientes, y Rudenko y Rolles viajaron a California para usar esta máquinapara tomar las fotos perfectas
El método de toma de fotografías y las imágenes que produce tienen numerosas aplicaciones en física y química, dijo Rolles. El método también es valioso para visualizar interacciones de láser con nanopartículas y para el campo de nanoplasmónicos en rápido desarrollo, en el que las propiedades de las nanopartículas sonmanipulado con campos de luz intensa. Esto puede ayudar a construir productos electrónicos de próxima generación.
"La electrónica impulsada por la luz puede ser mucho más rápida que la electrónica convencional porque los procesos clave serán impulsados por la luz, que puede ser extremadamente rápida", dijo Rudenko. "Esta investigación tiene un gran potencial para la optoelectrónica, pero para mejorar la tecnología,necesitamos saber cómo un láser impulsa esas nanopartículas. La tecnología de creación de películas es un paso importante en esta dirección ".
Rudenko y Rolles continúan mejorando el proceso de creación de películas. En colaboración con el grupo de física de materia blanda de la universidad, han ampliado el rango de muestras, que pueden colocarse en la máquina de rayos X y ahora pueden producir películas de oro y sílicenanopartículas.
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Kansas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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