p Pesquisadores do Laboratório Nacional do Acelerador SLAC do Departamento de Energia registraram o filme atômico mais detalhado de ouro derretido após ser explodido por laser. As percepções que eles obtiveram sobre como os metais se liquefazem têm potencial para auxiliar no desenvolvimento de reatores de energia de fusão, usinas de processamento de aço, espaçonaves e outras aplicações onde os materiais têm que resistir a condições extremas por longos períodos de tempo. p A fusão nuclear é o processo que alimenta estrelas como o sol. Os cientistas querem copiar este processo na Terra como uma forma relativamente limpa e segura de gerar quantidades virtualmente ilimitadas de energia. Mas para construir um reator de fusão, eles precisam de materiais que possam sobreviver sendo expostos a temperaturas de algumas centenas de milhões de graus Fahrenheit e à intensa radiação produzida na reação de fusão.

p "Nosso estudo é um passo importante para melhores previsões dos efeitos que condições extremas têm sobre os materiais do reator, incluindo metais pesados ​​como ouro, "disse o pesquisador de pós-doutorado do SLAC, Mianzhen Mo, um dos principais autores de um estudo publicado hoje em Ciência . "A descrição em nível atômico do processo de fusão nos ajudará a fazer melhores modelos dos danos de curto e longo prazo nesses materiais, como a formação de rachaduras e falha de material. "

p O estudo usou a câmera de elétrons de alta velocidade do SLAC - um instrumento para difração de elétrons ultrarrápida (UED) - que é capaz de rastrear movimentos nucleares com uma velocidade de obturador de cerca de 100 milionésimos de bilionésimo de segundo, ou 100 femtossegundos.

p Derretendo nos bolsos

p A equipe descobriu que o derretimento começou nas superfícies dos grãos nanométricos dentro da amostra de ouro - regiões nas quais os átomos de ouro se alinham perfeitamente em cristais - e nas fronteiras entre eles.

p “Esse comportamento havia sido previsto em estudos teóricos, mas agora o observamos pela primeira vez, "disse Siegfried Glenzer, chefe da Divisão de Ciência de Alta Densidade de Energia do SLAC e o principal investigador do estudo. "Nosso método nos permite examinar o comportamento de qualquer material em ambientes extremos em detalhes atômicos, que é a chave para compreender e prever as propriedades dos materiais e pode abrir novos caminhos para o design de materiais futuros. "

p Para estudar o processo de fusão, os pesquisadores focaram o feixe de laser em uma amostra de cristais de ouro e observaram como os núcleos atômicos dos cristais respondiam, usando o feixe de elétrons do instrumento UED como uma sonda. Ao costurar instantâneos da estrutura atômica tirados em vários momentos após o impacto do laser, eles criaram um filme stop-motion das mudanças estruturais ao longo do tempo.

p "Cerca de 7 a 8 trilionésimos de segundo após o flash do laser, vimos o sólido começar a se transformar em líquido, "disse o pesquisador de pós-doutorado do SLAC Zhijang Chen, um dos principais autores do estudo. "Mas o sólido não se liquefaz em todos os lugares ao mesmo tempo. Em vez disso, observamos a formação de bolsas de líquido circundadas por ouro maciço. Essa mistura evoluiu ao longo do tempo até que apenas restasse líquido após cerca de um bilionésimo de segundo. "

p Excelente 'Visão Eletrônica'

p Para chegar a este nível de detalhe, os pesquisadores precisavam de uma câmera especial como o instrumento UED do SLAC, que é capaz de ver a composição atômica dos materiais e é rápido o suficiente para rastrear movimentos extremamente rápidos dos núcleos atômicos.

p E porque o processo de fusão é destrutivo, outra característica do instrumento também foi absolutamente crucial.

p "Em nosso experimento, a amostra finalmente derreteu e vaporizou, "disse o físico acelerador Xijie Wang, chefe da iniciativa UED do SLAC. "Mas mesmo se pudéssemos resfriá-lo para que se tornasse um sólido novamente, não teria exatamente a mesma estrutura inicial. Então, para cada quadro do filme atômico, queremos coletar todas as informações estruturais em um experimento de disparo único - uma única passagem do feixe de elétrons pela amostra. Fomos capazes de fazer isso porque nosso instrumento usa um feixe de elétrons muito energético que produz um sinal forte. "