Uma equipe internacional da Alemanha, Suécia, Rússia e EUA, liderado por cientistas do XFEL europeu, publicou os resultados de um experimento que pode fornecer um projeto para a análise de estados de transição em átomos e moléculas. Isso abriria novas oportunidades para obter insights sobre processos importantes, como fotocatálise, etapas elementares na fotossíntese e danos por radiação.

Foi o primeiro experimento de usuário realizado no instrumento Small Quantum System (SQS) da European XFEL. Os cientistas usaram a espectroscopia eletrônica de alta resolução para capturar um instantâneo do estado transiente de curta duração produzido quando os raios X perfuram um buraco no próprio centro da nuvem de elétrons atômica. Os resultados do estudo, que foi realizado em átomos de néon, são o ponto de partida para a análise de estados transitórios e foram publicados em Revisão Física X .

O estado transitório de vida extremamente curta do neon com saída do núcleo dura apenas 2,4 femtossegundos. Para contextualizar o femtossegundo:um femtossegundo está para um segundo assim como um segundo está para cerca de 31,71 milhões de anos. "O XFEL europeu nos permite usar um grande número de pulsos de laser por segundo e alta energia de pulso. Isso significa que podemos trazer um número muito alto de fótons para a amostra, que é crucial para investigar tais estados atômicos transitórios, "explica Tommaso Mazza, o autor principal do artigo.

"Usamos pulsos de raios-X intensos para primeiro remover os elétrons da camada interna, ou núcleo, de um átomo de néon e, em seguida, usou um segundo fóton do mesmo pulso de raios-X para mapear o átomo "oco", "diz Mazza." Esta é a primeira vez que os cientistas são capazes de obter informações da estrutura eletrônica deste estado transiente do buraco central por espectroscopia de elétrons induzida por raios-X, e, mais precisamente, medindo a energia dos elétrons emitidos após a excitação pelo segundo fóton enquanto altera suavemente o comprimento de onda dos pulsos de raios-X, " ele adiciona.

Cientista líder da SQS Michael Meyer sublinha que os resultados deste artigo, juntamente com um artigo publicado recentemente em Ciência mostram a excelente possibilidade de controlar e sondar com eficiência as excitações de subcamadas eletrônicas específicas no instrumento SQS. "Podemos permitir excitações atômicas ou específicas de elementos em alvos moleculares e investigar de forma independente para cada átomo a influência na dinâmica molecular induzida por fótons, ", diz ele. Visar um átomo específico em uma molécula permite aos cientistas obter uma compreensão mais profunda do comportamento dos blocos de construção individuais na montagem molecular sob intensa irradiação.

O XFEL europeu na área de Hamburgo é uma grande instalação internacional de raios-X a laser. É 27, 000 flashes de raios-X por segundo e seu alto brilho abrem oportunidades completamente novas para a ciência. Grupos de pesquisa de todo o mundo são capazes de mapear os detalhes atômicos dos vírus, decifrar a composição molecular das células, tirar 'fotos' tridimensionais do nanomundo, reações químicas de 'filme', e processos de estudo, como aqueles que ocorrem nas profundezas dos planetas.