Un nuevo estudio dirigido por EL REINO Los investigadores han revelado que aumentar la intensidad de los rayos X utilizados para sondear las estructuras atómicas de los materiales puede en realidad reducir la intensidad de los rayos X esparcidos por el material. Este hallazgo inesperado abre nuevas posibilidades, ya que puede utilizarse aún más para generar pulsos de rayos X ultracortos.
Durante más de un siglo, los rayos X se han utilizado para decodificar la estructura de materiales cristalinos, incluidas estructuras clave como el ADN y la celulosa. En los últimos años, el desarrollo de instalaciones masivas de láser de rayos X conocidas como láseres de electrones libres de rayos X (XFEL) ha permitido la emisión de pulsos de rayos X ultracortos y extremadamente intensos. Los pulsos son tan intensos que destruyen las muestras, pero como son tan cortos, el patrón de difracción puede capturarse antes de que la muestra se desintegre.
Un patrón de difracción de rayos X obtenido de una muestra de suelo marciano. La difracción de rayos X es una herramienta poderosa para determinar la estructura de muestras cristalinas. (Crédito de la imagen: NASA/JPL-CALTECH/AMES/BIBLIOTECA DE FOTOS DE CIENCIA)
Los avances recientes en la tecnología XFEL han llevado a un aumento notable en la intensidad del haz de rayos X en la superficie de la muestra, superando 1020 veces la intensidad de los tubos de rayos X comúnmente utilizados en entornos médicos. Este avance permite la recopilación de patrones de difracción de cristales más pequeños que nunca. Sin embargo, ciertas simulaciones han sugerido que la intensidad de los patrones de difracción puede disminuir a intensidades de irradiación tan altas.
Ichiro Inoue del Centro RIKEN SPring-8 (RSC) y sus colaboradores demostraron experimentalmente que esto es realmente lo que sucede. Usando SACLAuno de los cinco XFEL existentes en todo el mundo, el equipo midió los patrones de difracción de finas láminas de silicio en un rango de intensidades de rayos X y observó una fuerte reducción de casi el 50% por encima de cierta intensidad.
La reducción de intensidad fue tan pronunciada que el equipo pudo verla mientras realizaba los experimentos, incluso antes de analizar los datos. “Pudimos ver claramente la caída en la intensidad de la difracción al tiempo que aumentamos la intensidad de los rayos X”, dijo Inoue. “Eso fue realmente sorprendente”.
Mediante simulaciones, los investigadores confirmaron que una vez que la intensidad de los rayos X alcanza un cierto umbral, los rayos X iniciales que inciden en la muestra de silicio desalojan los electrones ubicados cerca de los núcleos de los átomos de silicio, lo que lleva a una reducción significativa en la dispersión de los rayos X posteriores. . En consecuencia, el análisis de los patrones de difracción de rayos X adquiridos a intensidades tan altas requerirá además un enfoque diferente al de los obtenidos a intensidades más bajas.
Este notable descubrimiento encierra un inmenso potencial. El fenómeno de la reducción de la intensidad podría aprovecharse para generar pulsos de rayos X aún más cortos. A medida que la intensidad disminuye durante la segunda mitad del pulso, el silicio podría servir como filtro para recortar los pulsos con precisión. “Ahora queremos intentar demostrar una reducción de la energía basada en este fenómeno”, destaca Inoue.
Publicación original:
Inoue, I. et al.: Reducción en femtosegundos de factores de dispersión atómica provocada por un intenso pulso de rayos X. Cartas de revisión física (2023); DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.163201
2024-03-29 10:17:47
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