Fig. 1:En un experimento de absorción de rayos X, la luz excita un electrón central fuertemente unido a un estado de banda de conducción. A la izquierda de la figura se muestra dicha transición. Un electrón que está fuertemente unido a un núcleo de litio (verde) se excita a un estado de banda de conducción (rojo) que interactúa tanto con el núcleo de litio como con el grupo borohidruro. Este estado de la banda de conducción es, por tanto, sensible a una modulación de la distancia Q entre el núcleo de litio y el grupo borohidruro y, como resultado, el proceso de absorción de rayos X es sensible a dicha modulación (véanse las figuras 2 (b) y 3 (d) en el artículo principal). En el lado derecho de la figura se muestra el espectro de absorción de rayos X del borde K de litio para diferentes desplazamientos muy exagerados. Crédito:Forschungsverbund Berlin e.V. (FVB)
Movimientos periódicos de átomos a lo largo de una mil millonésima de millonésima de metro (10 -15 m) se mapean mediante pulsos de rayos X ultracortos. En un nuevo tipo de experimento, Los átomos dispuestos regularmente en un cristal se ponen en vibración mediante un pulso láser y se genera una secuencia de instantáneas mediante cambios en la absorción de rayos X.
Un cristal representa una disposición espacial regular y periódica de átomos o iones que se mantiene unido por fuerzas entre sus electrones. Los núcleos atómicos de esta matriz pueden sufrir diferentes tipos de oscilaciones alrededor de sus posiciones de equilibrio, las llamadas vibraciones reticulares o fonones. El alargamiento espacial de los núcleos en una vibración es mucho menor que la distancia entre átomos, este último está determinado por la distribución de electrones. Sin embargo, los movimientos vibratorios actúan sobre los electrones, modular su distribución espacial y cambiar las propiedades eléctricas y ópticas del cristal en una escala de tiempo inferior a 1 ps (10 -12 s). Para comprender estos efectos y explotarlos como novedad, p.ej., acústico-óptico, dispositivos, es necesario visualizar la delicada interacción de los movimientos nucleares y electrónicos en una escala de tiempo mucho más corta que 1 ps.
En una comunicación rápida reciente en Revisión física B , investigadores del Instituto Max Born de Berlín (Alemania), los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales en Dübendorf (Suiza), y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, Gaithersburg (EE. UU.) Aplica un método novedoso de bomba óptica:espectroscopía de sonda de rayos X suave para generar vibraciones atómicas coherentes en pequeños cristales de LiBH4, y leerlos a través de cambios en la absorción de rayos X. En sus experimentos, un pulso de bomba óptica centrado en 800 nm excita a través de la dispersión impulsiva Raman de un fonón óptico coherente con simetría Ag [película]. Los movimientos atómicos cambian las distancias entre los iones Li + und (BH4) -. El cambio de distancia modula la distribución de electrones en el cristal y, por lo tanto, el espectro de absorción de rayos X de los iones Li +. De este modo, los movimientos atómicos se mapearon en una modulación de absorción de rayos X suaves en el llamado borde K de Li alrededor de 60 eV. Los pulsos de rayos X ultracortos miden el cambio de absorción de rayos X en diferentes momentos. A partir de esta serie de instantáneas se reconstruyen los movimientos atómicos.
Este novedoso esquema experimental es muy sensible y permite por primera vez iniciar y detectar amplitudes extremadamente pequeñas de vibraciones atómicas. En nuestro caso, los iones Li + se mueven a una distancia de solo 3 femtómetros =3 x 10 -15 m que es comparable al diámetro del núcleo de Li + y 100000 veces menor que la distancia entre los iones en el cristal. Las observaciones experimentales están en excelente acuerdo con los cálculos teóricos en profundidad de la absorción transitoria de rayos X. Este nuevo tipo de espectroscopía de sonda de rayos X suave con bomba óptica en una escala de tiempo de femtosegundos tiene un gran potencial para medir y comprender la interacción de los movimientos nucleares y electrónicos en materia líquida y sólida. un requisito previo importante para las simulaciones teóricas y aplicaciones en tecnología.
