Obtención de imágenes con destellos cortos de rayos X de attosegundos
El avance abre la puerta a la visualización de procesos ultrarrápidos, como las reacciones químicas, con una precisión temporal sin precedentes
Un equipo de investigadores de la Universidad de Hamburgo y colaboradores ha logrado un gran avance al capturar imágenes de nanopartículas individuales utilizando pulsos únicos de attosegundos de rayos X. Este avance, que se ha publicado en Nature Communications, sienta las bases para obtener instantáneas de alta resolución de fenómenos dinámicos como reacciones químicas y transiciones de fase, con una precisión temporal sin precedentes.
La ciencia de los attosegundos, galardonada con el Premio Nobel de Física 2023, está transformando nuestra comprensión de cómo se mueven los electrones en átomos, moléculas y sólidos. Un attosegundo, equivalente a la milmillonésima parte de la milmillonésima parte de un segundo, permite visualizar a "cámara lenta" procesos naturales que ocurren a velocidades extraordinarias. Sin embargo, hasta ahora, la mayoría de los experimentos con attosegundos se limitaban a mediciones espectroscópicas debido a las limitaciones de las fuentes de pulsos de luz de attosegundos.
Utilizando el potente láser de electrones libres (FEL) de rayos X del Laboratorio Nacional SLAC de California, el equipo de Hamburgo estudió cómo interactúan los pulsos ultracortos con las nanopartículas. Descubrieron un fenómeno hasta entonces inexplorado: resonancias iónicas transitorias que aumentan el brillo de las imágenes. Estas resonancias fugaces, que se producen cuando los pulsos FEL son más cortos que los utilizados en la mayoría de los experimentos, amplifican significativamente la eficacia de la dispersión de rayos X. Este descubrimiento no sólo mejora la calidad y el detalle de las imágenes de difracción, sino que también supone un paso crucial hacia la obtención de imágenes a escala atómica.
"Al principio nos desconcertaron las señales de difracción de rayos X inesperadamente intensas durante nuestros experimentos en la Fuente de Luz Coherente Linac (LCLS)", afirma Tais Gorkhover, uno de los autores principales del estudio, de la Universidad de Hamburgo e investigador del Clúster de Excelencia CUI: Advanced Imaging of Matter. "Tras rigurosos controles de calidad y una verificación independiente a partir de simulaciones, confirmamos el efecto". Normalmente, cuando los pulsos intensos de rayos X alcanzan la materia, los electrones -que son los principales responsables de la difracción de rayos X- son eliminados mediante ionización, dejando iones que dispersan los rayos X con menor eficacia. El estudio actual, sin embargo, revela que bajo pulsos FEL extremadamente cortos y específicamente sintonizados, estos iones pueden aumentar su eficacia de difracción en órdenes de magnitud.
"Este descubrimiento ofrece un enfoque novedoso para mejorar tanto el brillo como la resolución de las imágenes de difracción de rayos X", explica Stephan Kuschel, primer autor del estudio. "Esta técnica abre la puerta a la visualización de procesos ultrarrápidos, como reacciones químicas y transformaciones catalíticas, en sus entornos naturales con una notable resolución temporal".
Los hallazgos subrayan la importancia de ampliar los límites tecnológicos en la obtención de imágenes de rayos X para desvelar la dinámica invisible de la materia. Con nuevos avances, este descubrimiento promete tener repercusiones en campos como la química, la ciencia de los materiales y la nanotecnología. "Se trata de un paso más hacia el objetivo final de capturar átomos individuales en movimiento", señalan los investigadores. "Afinando las condiciones de los pulsos de rayos X, podremos observar detalles que antes estaban fuera de nuestro alcance".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Stephan Kuschel, Phay J. Ho, Andre Al Haddad, Felix F. Zimmermann, Leonie Flueckiger, Matthew R. Ware, Joseph Duris, James P. MacArthur, Alberto Lutman, Ming-Fu Lin, Xiang Li, Kazutaka Nakahara, Jeff W. Aldrich, Peter Walter, Linda Young, Christoph Bostedt, Agostino Marinelli, Tais Gorkhover; "Non-linear enhancement of ultrafast X-ray diffraction through transient resonances"; Nature Communications, Volume 16, 2025-1-20
Más noticias del departamento ciencias
