Pense nisso como um filme microscópico:uma sequência de imagens de raios-X mostra a explosão de nanopartículas superaquecidas. A série de imagens revela como os átomos dessas partículas se movem, como eles formam o plasma e como as partículas mudam de forma.

O método de tirar essas fotos é uma criação colaborativa que envolveu os pesquisadores Artem Rudenko e Daniel Rolles da Kansas State University, ambos professores assistentes de física.

Os filmes ajudam os cientistas a entender as interações da luz laser intensa com a matéria. Mas ainda mais importante, esses experimentos abrem caminho para a filmagem de vários processos que envolvem dinâmica ultrarrápida de amostras microscópicas, como a formação de aerossóis - que desempenham um papel importante nos modelos climáticos - ou a fusão a laser.

"Podemos criar um filme real do micromundo, "Rudenko disse." O desenvolvimento principal é que agora podemos tirar sequências de fotos em nanoescala. "

Rudenko e Rolles - ambos afiliados ao Laboratório James R. Macdonald da universidade - colaboraram com pesquisadores do SLAC National Accelerator Laboratory da Stanford University, Laboratório Nacional Argonne e Institutos Max Planck na Alemanha. Sua publicação, "Visualização de femtossegundos e nanômetros da dinâmica estrutural em nanopartículas superaquecidas, " aparece em Nature Photonics .

Nesse trabalho, a colaboração usou lasers intensos para aquecer clusters em nanoescala de xenônio e, em seguida, tirou uma série de imagens de raios-X para mostrar o que aconteceu com as partículas. A série de imagens se tornou um filme de como esses objetos se movem no nível de femtossegundos, que são um milionésimo de um bilionésimo de um segundo.

"O que torna o nano tão interessante é que o comportamento de muitas coisas muda quando você chega à nanoescala, "Rolles disse." Os nanoobjetos preenchem a lacuna entre a matéria a granel e os átomos ou moléculas individuais. Esta pesquisa nos ajuda enquanto tentamos entender o comportamento dos nanoobjetos e como eles mudam de forma e propriedades em tempos extremamente curtos. "

As fotos das nanopartículas não podem ser tiradas com luz óptica normal, mas deve ser feita com raios-X porque a luz de raios-X tem comprimentos de onda nanométricos que permitem aos pesquisadores visualizar objetos em nanoescala, Rolles disse. O comprimento de onda da luz deve corresponder ao tamanho do objeto.

Para tirar as fotos, os pesquisadores precisavam de dois ingredientes:pulsos de raios-X muito curtos e pulsos de raios-X muito poderosos. A fonte de luz coerente Linac no SLAC forneceu esses dois ingredientes, e Rudenko e Rolles viajaram para a Califórnia para usar esta máquina para tirar as fotos perfeitas.

O método de tirar fotos e as fotos que ele produz têm inúmeras aplicações em física e química, Rolles disse. O método também é valioso para visualizar as interações do laser com nanopartículas e para o campo de rápido desenvolvimento das nanoplasmônicas, em que as propriedades das nanopartículas são manipuladas com campos de luz intensos. Isso pode ajudar a construir eletrônicos de última geração.

"A eletrônica movida a luz pode ser muito mais rápida do que a eletrônica convencional porque os principais processos serão movidos pela luz, que pode ser extremamente rápido, "Rudenko disse." Esta pesquisa tem um grande potencial para optoeletrônica, mas para melhorar a tecnologia, precisamos saber como um laser impulsiona essas nanopartículas. A tecnologia de produção de filmes é um passo importante nessa direção. "

Rudenko e Rolles continuam aprimorando o processo de criação de filmes. Em colaboração com o grupo de física de matéria mole da universidade, eles ampliaram a gama de amostras, que pode ser colocado na máquina de raios-X e agora pode produzir filmes de nanopartículas de ouro e sílica.