Fig. 1:Em um experimento de absorção de raios-X, a luz excita um elétron fortemente ligado em um estado de banda de condução. À esquerda da figura, essa transição é mostrada. Um elétron fortemente ligado a um núcleo de Lítio (verde) é excitado em um estado de banda de condução (vermelho) que interage com o núcleo de Lítio e o grupo Borohidreto. Este estado de banda de condução é, portanto, sensível a uma modulação da distância Q entre o núcleo de lítio e o grupo Boro-hidreto e, como resultado, o processo de absorção de raios-X é sensível a tal modulação (cf. Figs. 2 (b) e 3 (d) no artigo principal). No lado direito da figura, o espectro de absorção de raios-X de borda K de lítio para diferentes deslocamentos fortemente exagerados é mostrado. Crédito:Forschungsverbund Berlin e.V. (FVB)
Movimentos periódicos de átomos ao longo de um bilionésimo de milionésimo de um metro (10 -15 m) são mapeados por pulsos de raios-X ultracurtos. Em um novo tipo de experimento, átomos dispostos regularmente em um cristal são colocados em vibração por um pulso de laser e uma sequência de instantâneos é gerada por meio de mudanças na absorção de raios-x.
Um cristal representa um arranjo espacial regular e periódico de átomos ou íons que são mantidos juntos por forças entre seus elétrons. Os núcleos atômicos nesta matriz podem sofrer diferentes tipos de oscilações em torno de suas posições de equilíbrio, as chamadas vibrações da rede ou fônons. O alongamento espacial dos núcleos em uma vibração é muito menor do que a distância entre os átomos, o último sendo determinado pela distribuição de elétrons. No entanto, os movimentos vibracionais atuam de volta nos elétrons, modular sua distribuição espacial e alterar as propriedades elétricas e ópticas do cristal em uma escala de tempo menor que 1 ps (10 -12 s). Para entender esses efeitos e explorá-los para o romance, por exemplo., acústico-óptico, dispositivos, é preciso imaginar a delicada interação dos movimentos nucleares e eletrônicos em uma escala de tempo muito menor que 1 ps.
Em uma recente comunicação rápida em Revisão Física B , pesquisadores do Instituto Max Born de Berlim (Alemanha), os Laboratórios Federais Suíços de Ciência e Tecnologia de Materiais em Dübendorf (Suíça), e o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, Gaithersburg (EUA) aplica um novo método de bomba óptica - espectroscopia de sonda de raios-X suave para gerar vibrações atômicas coerentes em pequenos cristais LiBH4, e lê-los por meio de mudanças na absorção de raios-x. Em seus experimentos, um pulso de bomba óptica centrado em 800 nm excita via Raman impulsivo espalhando um fônon óptico coerente com simetria Ag [filme]. Os movimentos atômicos mudam as distâncias entre os íons Li + und (BH4) -. A mudança na distância modula a distribuição de elétrons no cristal e, portanto, o espectro de absorção de raios-x dos íons Li +. Desta maneira, os movimentos atômicos são mapeados em uma modulação de absorção suave de raios-X na chamada borda K de Li em torno de 60 eV. Os pulsos ultracurtos de raios-X medem a mudança na absorção de raios-X em momentos diferentes. A partir dessa série de instantâneos, os movimentos atômicos são reconstruídos.
Este novo esquema experimental é altamente sensível e permite pela primeira vez iniciar e detectar amplitudes extremamente pequenas de vibrações atômicas. No nosso caso, os íons Li + se movem a uma distância de apenas 3 femtômetros =3 x 10 -15 m que é comparável ao diâmetro do núcleo de Li + e 100.000 vezes menor que a distância entre os íons no cristal. As observações experimentais estão em excelente acordo com cálculos teóricos aprofundados de absorção transitória de raios-X. Este novo tipo de espectroscopia de sonda de raio-x suave com bomba óptica em uma escala de tempo de femtossegundos possui um forte potencial para medir e compreender a interação dos movimentos nucleares e eletrônicos na matéria líquida e sólida, um pré-requisito importante para simulações teóricas e aplicações em tecnologia.
