Pulsos de raios X ultrarrápidos revelam como um sólido se transforma em líquido
Ao lançar uma série de pulsos de raios X ultrarrápidos sobre um material sólido, os cientistas conseguiram capturar o processo incrivelmente rápido de fusão com detalhes sem precedentes. Suas descobertas são relatadas na revista Nature Physics.
A fusão é uma transição de fase que ocorre quando um sólido se transforma em líquido. É um processo complexo que envolve a quebra de ligações entre átomos ou moléculas. Ao estudar o processo de fusão no nível atômico, os cientistas podem obter informações sobre o comportamento fundamental da matéria.
Os experimentos foram conduzidos na Linac Coherent Light Source (LCLS), um laser de elétrons livres localizado no Stanford Linear Accelerator Center em Menlo Park, Califórnia. O LCLS produz pulsos curtos e extremamente brilhantes de raios X que podem ser usados para sondar materiais em nível atômico.
Nos experimentos, os pesquisadores direcionaram os pulsos de raios X para um alvo fino de silício, um material semicondutor. Eles então analisaram os raios X espalhados para determinar o arranjo atômico do silício à medida que ele derretia.
Os resultados mostraram que o processo de fusão começa com a formação de pequenas gotículas líquidas na superfície do silício. Essas gotículas então crescem e eventualmente se fundem para formar uma camada líquida. Todo o processo de fusão ocorreu em menos de um bilionésimo de segundo.
Os pesquisadores também observaram que o processo de fusão é influenciado pela presença de defeitos na rede do silício. Esses defeitos atuam como locais de nucleação para a formação de gotículas líquidas.
A equipe de pesquisa liderada por Philip H. Bucksbaum do SLAC National Accelerator Laboratory explica a importância desses insights com suas aplicações práticas, incluindo a melhoria de materiais e tecnologias industriais atuais, aproveitando a dinâmica de fusão em escalas de comprimento em campos que incluem microeletrônica, fabricação aditiva, impressão 3D, física de alta densidade de energia, ciência planetária e astrofísica nuclear.
Os cientistas dizem que suas descobertas poderiam ser usadas para desenvolver novos materiais que sejam resistentes ao derretimento ou que tenham um ponto de fusão específico. Eles também acreditam que o seu trabalho pode ajudar a melhorar a compreensão de processos geológicos como erupções vulcânicas.
