Una vista de la estación experimental de sistemas cuánticos de tipo atómico (AQS). El experimento se lleva a cabo en el instrumento científico SQS del XFEL europeo, utilizando la estación experimental AQS. Crédito: European XFEL
Un nuevo experimento proporciona una mejor comprensión de los procesos fotoinducidos fundamentales con especial importancia para la fotocatálisis, la fotosíntesis y el daño por radiación.
Un equipo internacional de Alemania, Suecia, Rusia y EE. UU., Dirigido por científicos del XFEL europeo, ha publicado los resultados de un experimento que podría proporcionar un modelo para el análisis de estados de transición en átomos y moléculas. Esto abriría nuevas oportunidades para obtener conocimientos sobre procesos importantes como la fotocatálisis, los pasos elementales de la fotosíntesis y el daño por radiación.
Fue el primer experimento de usuario realizado en el instrumento Small Quantum System (SQS) de European XFEL. Los científicos utilizaron espectroscopía electrónica de alta resolución para capturar una instantánea del estado transitorio de corta duración que se produce cuando los rayos X perforan un agujero en el núcleo mismo de la nube de electrones atómicos. Los resultados del estudio, que se llevó a cabo con átomos de neón, son el punto de partida para el análisis de estados transitorios y han sido publicados en Revisión física X.
El estado transitorio de vida extremadamente corta del neón que sale del núcleo dura solo 2,4 femtosegundos. Para poner un femtosegundo en contexto: un femtosegundo equivale a un segundo, mientras que un segundo equivale a unos 31,71 millones de años. “El XFEL europeo nos permite utilizar una gran cantidad de pulsos láser por segundo y una alta energía de pulso. Esto significa que podemos traer una gran cantidad de fotones a la muestra, lo cual es crucial para sondear tales estados atómicos transitorios ”, explica Tommaso Mazza, autor principal del artículo.
“Usamos intensos pulsos de rayos X para eliminar primero los electrones de la capa interna, o núcleo, de un neón átomo y luego usó un segundo fotón del mismo pulso de rayos X para trazar el átomo ‘hueco’ ”, dice Mazza. “Esta es la primera vez que los científicos pueden obtener información de la estructura electrónica de este estado transitorio del núcleo-agujero mediante espectroscopía electrónica inducida por rayos X y, más precisamente, midiendo la energía de los electrones emitidos después de la excitación por el segundo fotón mientras cambia suavemente la longitud de onda de los pulsos de rayos X ”, agrega.
El científico líder en SQS Michael Meyer subraya que los resultados de este artículo junto con un artículo publicado recientemente en Ciencias muestran la excelente posibilidad de controlar y sondear de manera eficiente las excitaciones de subcapas electrónicas específicas en el instrumento SQS. “Podemos habilitar excitaciones atómicas o específicas de elementos en objetivos moleculares e investigar de forma independiente para cada átomo la influencia en la dinámica molecular inducida por fotones”, dice. Dirigirse a un átomo específico en una molécula permite a los científicos obtener una comprensión más profunda del comportamiento de los bloques de construcción individuales en el ensamblaje molecular bajo una irradiación intensa.
Referencia: “Mapeo de estructuras de resonancia en átomos ionizados con núcleo transitorio” por T. Mazza et al., 18 de diciembre de 2020, Revisión física X.
DOI: 10.1103 / PhysRevX.10.041056
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