p Pesquisadores do SLAC National Accelerator Laboratory do Departamento de Energia observaram cristais semicondutores em nanoescala se expandirem e encolherem em resposta a poderosos pulsos de luz laser. Essa "respiração" ultrarrápida fornece uma nova visão sobre como essas estruturas minúsculas mudam de forma à medida que começam a derreter - informações que podem ajudar a orientar os pesquisadores na adaptação de seu uso para uma variedade de aplicações. p No experimento usando o laser de raios-X Linac Coherent Light Source (LCLS) da SLAC, um DOE Office of Science User Facility, pesquisadores expuseram os nanocristais a uma explosão de luz laser, seguido de perto por um pulso ultrabright de raios-X que registrou as mudanças estruturais resultantes em detalhes em escala atômica no início da fusão.

p "Esta é a primeira vez que pudemos medir os detalhes de como esses materiais ultra-pequenos reagem quando tensionados até seus limites, "disse Aaron Lindenberg, um professor assistente no SLAC e Stanford que conduziu o experimento. Os resultados foram publicados 12 de março em Nature Communications .

p Conhecendo os pontos quânticos

p Os cristais estudados no SLAC são conhecidos como "pontos quânticos" porque exibem características únicas em nanoescala que desafiam a física clássica que governa suas propriedades em escalas maiores. Os cristais podem ser ajustados mudando seu tamanho e forma para emitir cores específicas de luz, por exemplo.

p Assim, os cientistas trabalharam para incorporá-los em painéis solares para torná-los mais eficientes e em monitores de computador para melhorar a resolução, consumindo menos energia da bateria. Esses materiais também foram estudados para uso potencial em baterias e células de combustível e para distribuição de drogas direcionadas.

p Os cientistas também descobriram que estes e outros nanomateriais, que pode conter apenas dezenas ou centenas de átomos, podem ser muito mais resistentes a danos do que pedaços maiores do mesmo material porque exibem uma estrutura de cristal mais perfeita nas escalas mais ínfimas. Esta propriedade pode ser útil em componentes de bateria, por exemplo, já que as partículas menores podem ser capazes de suportar mais ciclos de carregamento do que as maiores antes de se degradarem.

p Uma surpresa na 'respiração' de pequenas esferas e nanofios

p No experimento LCLS, pesquisadores estudaram esferas e nanofios feitos de sulfeto de cádmio e seleneto de cádmio que tinham apenas 3 a 5 nanômetros, ou bilionésimos de um metro, entre. Os nanofios tinham até 25 nanômetros de comprimento. Por comparação, aminoácidos - os blocos de construção das proteínas - têm cerca de 1 nanômetro de comprimento, e átomos individuais são medidos em décimos de nanômetros.

p Ao examinar os nanocristais de muitos ângulos diferentes com pulsos de raios-X, pesquisadores reconstruíram como eles mudam de forma quando atingidos por um pulso de laser óptico. Eles ficaram surpresos ao ver as esferas e os nanofios se expandirem em largura em cerca de 1 por cento e, em seguida, se contraírem rapidamente em femtossegundos, ou quatrilionésimos de segundo. Eles também descobriram que os nanofios não se expandem em comprimento, e mostrou que a forma como os cristais respondem à deformação está associada à forma como sua estrutura derrete.

p Anteriormente, estudo separado, outra equipe de pesquisadores usou LCLS para explorar a resposta de partículas maiores de ouro em escalas de tempo mais longas.

p "No futuro, queremos estender esses experimentos a nanoestruturas mais complexas e tecnologicamente relevantes, e também para permitir a exploração de raios-X de dispositivos em nanoescala enquanto eles estão operando, "Lindenberg disse." Saber como os materiais mudam sob tensão pode ser usado junto com simulações para projetar novos materiais com novas propriedades. "