Los Científicos Utilizan El Mapeo De Covarianza Parcial Para Sondear La Dinámica Electrónica

Nueva técnica rastrea electrones eyectados hasta las capas atómicas

Una ilustración de un átomo de neón que interactúa con la luz de rayos X, que en algunos casos elimina solo los electrones más internos para crear un “átomo hueco”. Comprender cómo los pulsos de rayos X ultrabrillantes de la fuente de luz coherente Linac de SLAC interactúan con la materia es importante para producir imágenes más claras a escala atómica de moléculas biológicas y películas de procesos químicos. (Greg Stewart / SLAC)

Usando una técnica llamada mapeo de covarianza parcial, los científicos obtienen nuevos conocimientos sobre la dinámica de “huecos átomo ”Formación.

En un estudio detallado de cómo la luz intensa separa los electrones de los átomos, los investigadores utilizaron un láser de rayos X, la fuente de luz coherente Linac (LCLS) de SLAC, para medir y clasificar los electrones expulsados ​​y descubrir cómo se lleva a cabo este proceso.

Los resultados brindan a los científicos una imagen más clara de cómo la luz de rayos X ultrabrillante crea estados de materia altamente cargados y cómo los rayos X pueden dañar las muestras en estudio, lo que podría resultar útil para interpretar datos para una variedad de experimentos LCLS.

Los pulsos de rayos X en LCLS son tan intensos que pueden enviar múltiples partículas de luz, llamadas fotones, al mismo átomo, expulsando simultánea o secuencialmente muchos electrones del mismo átomo y provocando una reorganización de los electrones restantes. Dado que los electrones tienen una carga negativa, el átomo se carga más positivamente a medida que se eliminan.

En uno de los primeros experimentos de LCLS, realizado en 2009, los investigadores exploraron este proceso de eliminación de electrones en átomos de neón midiendo el estado de carga final de los átomos.

Ahora, en un experimento descrito en Physical Review Letters, los investigadores utilizaron una nueva técnica para obtener más información sobre el proceso de extracción.

Los investigadores utilizan el mapeo de covarianza parcial para sondear la dinámica de los electrones

Este “mapa de energía” muestra las firmas de energía de los electrones asociados con los átomos de neón estudiados en el láser de rayos X de fuente de luz coherente Linac de SLAC. A la izquierda están las firmas de energía de electrones asociadas con átomos de neón “huecos”, cuyos electrones internos han sido expulsados ​​de los átomos. A la derecha están las firmas de energía asociadas con la eliminación de un electrón de capa externa e interna. (LJ Frasinski, et al.)

Trazaron el mapa de las firmas de energía de muchos de los electrones extraídos de los átomos por la luz ultrabrillante de rayos X y utilizaron un algoritmo sofisticado para identificar los electrones asociados con el mismo átomo. Los resultados también revelaron detalles de vías competitivas para este proceso de extracción.

La investigación fue posible gracias a un instrumento personalizado de 2 metros de largo, llamado espectrómetro de botella magnética, que mide las energías de la mayoría de los electrones que escapan. Una técnica estadística compleja clasifica los electrones en “contenedores” en función de sus energías, compara esas energías y explica las fluctuaciones de energía inherentes, o jitter, en pulsos LCLS.

Investigaciones anteriores no lograron resolver algunos detalles sobre los pasos involucrados en los procesos de extracción de electrones, dijo Raimund Feifel, científico y profesor de la Universidad de Uppsala en Suecia que dirigió el experimento.

“Tenemos un montón de ambigüedades en los datos”, dijo. “Queríamos idear un nuevo método para acceder a esos estados de una manera mucho más eficiente”.

El neón fue seleccionado para el experimento porque tiene una pequeña cantidad de electrones: ocho en su capa exterior y dos en su capa interior. El experimento reveló todas las vías principales para extraer electrones de los átomos de neón, dijo Feifel. En algunos casos, los intensos pulsos de rayos X arrancaron primero los electrones de la capa exterior de los átomos de neón y, en otros casos, los electrones del núcleo se expulsaron primero, creando los denominados átomos “huecos”.

Las energías de los electrones expulsados ​​revelan si provienen de la capa interna o externa.

“Podemos ver esos dos procesos con tanta claridad”, dijo Feifel. “Ambos procesos pueden ocurrir cuando un átomo absorbe dos fotones de rayos X del mismo pulso de luz”. El experimento revela detalles sorprendentes sobre la secuencia cronológica de los procesos de extracción de electrones.

“Realmente esperamos que estos resultados estimulen mejoras en el modelado de los efectos de eliminación de electrones en las técnicas de imágenes de rayos X”, dijo Feifel, que en última instancia puede ayudar a resolver la estructura de proteínas biológicas importantes y otras muestras utilizando LCLS.

John Bozek, un científico del personal que administra el Departamento de rayos X suaves de LCLS y que participó en el experimento, dijo que la técnica estadística proporciona puntos de referencia importantes para estudiar la creación de estados cargados progresivamente, o ionización, en otros átomos y moléculas a medida que se golpean los electrones lejos. “Muestra la relevancia de los diferentes procesos en la ionización para que tenga una idea de qué procesos son más importantes en la ionización y cuáles son seguros para ignorar”, dijo Bozek.

El equipo de investigación todavía está analizando datos de otras muestras más complejas estudiadas con la misma técnica en LCLS, incluidos los hidrocarburos y las moléculas en forma de anillo relevantes para la biología, dijo Feifel. También planean experimentos que capturarán datos sobre los estados cargados de átomos y grupos de átomos.

Publicación : LJ Frasinski, et al., “Dinámica de la formación de átomos huecos en pulsos intensos de rayos X sondeados por mapeo de covarianza parcial”, Phys. Rev. Lett. 111, 073002, 2013; doi: 10.1103 / PhysRevLett.111.073002

Imagen: Greg Stewart / SLAC; LJ Frasinski y col.

Añadir un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *