Cinemática atómica descubre transiciones ultrarrápidas en materiales clave para nuevas tecnologías

MadridCientíficos del Laboratorio Nacional de Brookhaven han hecho un descubrimiento crucial. Han creado las primeras películas que muestran cómo los átomos se mueven en un material mientras cambia de aislante a metal. Este estudio, publicado en la revista Nature Materials, resuelve un debate de larga data entre los científicos.

Descubren nueva fase de material usando análisis de función de distribución de pares atómicos con XFEL

Se ha descubierto una nueva fase de material gracias al análisis de la distribución de pares atómicos (PDF). Para este logro, se emplearon las instalaciones del láser de electrones libres de rayos X (XFEL). Además, se observaron cambios en escalas de tiempo de picosegundos. Esta innovación tiene potenciales aplicaciones en campos como la computación, la química y el almacenamiento de energía.

La técnica PDF se usa frecuentemente en experimentos con fuentes de luz de sincrotrón. Estos experimentos están limitados por la duración de los pulsos de rayos X que pueden generar. Las fuentes de sincrotrón son eficaces para seguir cambios en materiales en marcos de tiempo que van desde minutos hasta horas. No obstante, los investigadores buscaban observar cambios que ocurren en picosegundos.

Para lograr este objetivo, utilizaron la técnica de PDF en el Linac Coherent Light Source (LCLS) del Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC, que proporciona pulsos de rayos X extremadamente cortos e intensos. Jack Griffiths, uno de los coautores del artículo, explicó que esto permite capturar con detalle objetos que se mueven rápidamente.

El método permitió al equipo crear films que muestran cómo se mueven los átomos cuando los materiales cambian de estado. Estos movimientos pueden ayudar a informar el diseño de nuevos materiales en el futuro.

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Investigadores han identificado una nueva fase en un material durante transiciones. Observaron que los pulsos láser inducían cambios a nivel atómico, llevando a una transición "fuera de equilibrio". Este hallazgo es crucial para áreas como la informática, donde los materiales deben mantenerse estables en diferentes condiciones, pero también cambiar de fase de manera confiable cuando sea necesario.

Los investigadores utilizaron un láser para impactar átomos, lo cual provocó cambios en todo el material. Estas alteraciones generaron un estado temporal de desorden que duró un breve periodo. Los científicos creen que esto podría indicar la presencia de un material estable cercano que aún no ha sido descubierto.

Investigadores de diversas instituciones, como la Universidad de Columbia y el Laboratorio Nacional de Argonne, colaboraron para lograr que esta técnica de PDF fuera exitosa en XFELs. Eligieron cuidadosamente las mejores líneas de luz para sus experimentos y alcanzaron sus objetivos gracias a sus esfuerzos conjuntos.

Avances en el Estudio de Materiales Cuánticos

Este nuevo método de PDF nos proporciona información sobre el movimiento de los átomos y los cambios de fase en los materiales. Esto podría mejorar los materiales para la computación, los superconductores y el almacenamiento de energía. Investigaciones futuras explorarán diversas transiciones de fase en distintos materiales cuánticos.

Con la actualización a LCLS-II-HE, el equipo prevé realizar estudios aún más detallados. Esto hará que la técnica se vuelva común en la ciencia de materiales. Los hallazgos no solo resolverán problemas actuales, sino que también abrirán nuevas oportunidades para la investigación y la aplicación.