Un film del micromondo: i fisici creano serie di immagini di nanoparticelle

FIBROMIALGIA: Il Documentario "CE L'HO FATTA!" (vers integrale) Evelyn Carr- Life Trainer (Luglio 2019).

Anonim

Pensala come un film microscopico: una sequenza di immagini a raggi X mostra l'esplosione di nanoparticelle surriscaldate. La serie di immagini mostra come si muovono gli atomi in queste particelle, come formano il plasma e come le particelle cambiano forma.

Il metodo per scattare queste foto è una creazione collaborativa che ha coinvolto i ricercatori della Kansas State University Artem Rudenko e Daniel Rolles, entrambi professori di fisica.

I film aiutano gli scienziati a comprendere le interazioni tra luce laser intensa e materia. Ma ancora più importante, questi esperimenti aprono la strada alla ripresa di vari processi che coinvolgono la dinamica ultraveloce di campioni microscopici, come la formazione di aerosol - che svolgono un ruolo importante nei modelli climatici - o la fusione guidata dal laser.

"Possiamo creare un vero film del micromondo", ha detto Rudenko. "Lo sviluppo chiave è che ora possiamo prendere sequenze di immagini su scala nanometrica".

Rudenko e Rolles, entrambi affiliati al laboratorio James R. Macdonald dell'università, hanno collaborato con i ricercatori dello SLAC National Accelerator Laboratory presso la Stanford University, l'Argonne National Laboratory e gli istituti Max Planck in Germania. La loro pubblicazione, "Visualizzazione a femtosecondi e nanometrici delle dinamiche strutturali nelle nanoparticelle surriscaldate", appare in Nature Photonics.

In questo lavoro, la collaborazione ha utilizzato laser intensi per riscaldare i cluster di xenon su scala nanometrica e poi ha preso una serie di immagini a raggi X per mostrare cosa è successo alle particelle. La serie di immagini è diventata un film su come questi oggetti si muovono al livello dei femtosecondi, che rappresentano un milionesimo di miliardesimo di secondo.

"Ciò che rende nano così interessante è che il comportamento di molte cose cambia quando si arriva alla nanoscala", ha detto Rolles. "I nano-oggetti colmano il divario tra materia alla rinfusa e singoli atomi o molecole.Questa ricerca ci aiuta mentre cerchiamo di capire il comportamento dei nano-oggetti e come cambiano forma e proprietà in tempi estremamente brevi."

Le immagini delle nanoparticelle non possono essere prese con la normale luce ottica, ma devono essere prese con i raggi X perché la luce dei raggi X ha lunghezze d'onda nanometriche che consentono ai ricercatori di visualizzare oggetti su scala nanometrica, ha affermato Rolles. La lunghezza d'onda della luce deve corrispondere alla dimensione dell'oggetto.

Per fare le foto, i ricercatori avevano bisogno di due ingredienti: impulsi X molto brevi e impulsi X molto potenti. La Linac Coherent Light Source di SLAC forniva questi due ingredienti e Rudenko e Rolles si recavano in California per usare questa macchina per scattare le foto perfette.

Il metodo di fotografia e le immagini che produce hanno numerose applicazioni in fisica e chimica, ha affermato Rolles. Il metodo è anche utile per visualizzare le interazioni laser con le nanoparticelle e per il campo in rapida evoluzione della nanoplastica, in cui le proprietà delle nanoparticelle sono manipolate con campi luminosi intensi. Questo può aiutare a costruire l'elettronica di prossima generazione.

"L'elettronica basata sulla luce può essere molto più veloce rispetto all'elettronica convenzionale perché i processi chiave saranno guidati dalla luce, che può essere estremamente veloce", ha detto Rudenko. "Questa ricerca ha un grande potenziale per l'optoelettronica, ma per migliorare la tecnologia, abbiamo bisogno di sapere come un laser guida queste nanoparticelle.La tecnologia di produzione cinematografica è un passo importante in questa direzione".

Rudenko e Rolles stanno continuando a migliorare il processo del film. In collaborazione con il gruppo di fisica della materia soffice dell'università, hanno esteso la gamma di campioni, che possono essere inseriti nella macchina a raggi X e ora possono produrre filmati di nanoparticelle di oro e silice.

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