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 de estas partículas, cómo forman el plasma y cómo cambian de forma las partículas.

El método para tomar estas fotografías es una creación colaborativa que involucró a los investigadores de la Universidad Estatal de Kansas, Artem Rudenko y Daniel Rolles, ambos profesores asistentes de física.

Las películas ayudan a los científicos a comprender las interacciones de la luz láser intensa con la materia. Pero aún más importante, Estos experimentos abren el camino a la filmación de varios procesos que involucran una dinámica ultrarrápida de muestras microscópicas, como la formación de aerosoles, que desempeñan un papel importante en los modelos climáticos, o la fusión impulsada 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, Laboratorio Nacional Argonne y los Institutos Max Planck en Alemania. Su publicación, "Visualización en femtosegundos y nanómetros de la dinámica estructural en nanopartículas sobrecalentadas, " aparece en Fotónica de la naturaleza .

En este trabajo, la colaboración utilizó láseres intensos para calentar cúmulos 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 estos objetos se mueven a nivel de femtosegundos, que son una millonésima de mil millonésima de segundo.

"Lo que hace que nano sea tan interesante es que el comportamiento de muchas cosas cambia cuando se llega a la nanoescala, "Dijo Rolles." Los nano-objetos cierran la brecha entre la materia a granel y los átomos o moléculas individuales. Esta investigación nos ayuda a intentar comprender el comportamiento de los nanoobjetos y cómo cambian de forma y propiedades en tiempos extremadamente cortos ".

Las imágenes de las nanopartículas no se pueden tomar con luz óptica normal, pero debe 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 del 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 máquina y tomar las fotografías 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 las interacciones del láser con nanopartículas y para el campo en rápido desarrollo de los nanoplásmicos. en el que se manipulan las propiedades de las nanopartículas con intensos campos de luz. Esto puede ayudar a construir dispositivos 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 rápido, ", 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 realización de películas. En colaboración con el grupo de física de materia blanda de la universidad, han ampliado la gama de muestras, que puede colocarse en la máquina de rayos X y ahora puede producir películas de nanopartículas de oro y sílice.