Descoberta ultrarrápida revela transição de átomos em novos materiais revolucionários

São PauloCientistas do Laboratório Nacional de Brookhaven fizeram uma descoberta importante. Eles criaram os primeiros filmes que mostram como os átomos se movem em um material enquanto ele passa de isolante para metal. Este estudo foi publicado na revista Nature Materials e resolve um debate de longa data entre os cientistas.

Descoberta de Nova Fase de Material

Principais pontos:

• Nova fase de material identificada
• Uso de análise da função de distribuição de pares atômicos (PDF)
• Emprego de instalações com laser de elétrons livres de raios-X (XFEL)
• Observação de mudanças em escalas de tempo de picosegundos
• Possíveis aplicações em computação, química e armazenamento de energia

A técnica de PDF é frequentemente utilizada em experimentos com fontes de luz síncrotron. Esses experimentos são limitados pela duração dos pulsos de raios X que conseguem gerar. As fontes síncrotron são eficazes para observar mudanças em materiais em escalas de tempo que variam de minutos a horas. No entanto, os pesquisadores tinham como objetivo observar alterações que ocorrem em picosegundos.

Para atingir esse objetivo, eles utilizaram a técnica PDF no Linac Coherent Light Source (LCLS) no Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC, que proporciona pulsos de raios X muito curtos e intensos. Jack Griffiths, um dos coautores do artigo, explicou que isso permite capturar detalhadamente objetos em rápido movimento de forma clara.

O método permitiu à equipe criar filmes que mostram como os átomos se movem quando os materiais mudam de estado. Esses movimentos podem ajudar a orientar a criação de novos materiais no futuro.

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Pesquisadores descobriram uma nova fase de material durante transições. Eles observaram que pulsos de laser provocaram alterações a nível atômico, resultando em uma transição "fora de equilíbrio". Essa descoberta é crucial para áreas como a computação, onde os materiais precisam ser estáveis em diferentes condições, mas também precisam mudar de fase de forma confiável quando necessário.

Pesquisadores utilizaram um laser para atingir átomos, provocando mudanças em todo o material. Essas alterações resultaram em um estado temporário de desordem que durou pouco tempo. Os estudiosos acreditam que isso pode indicar a existência de um material estável próximo que ainda não foi descoberto.

Pesquisadores de diversas instituições, como a Universidade de Columbia e o Laboratório Nacional de Argonne, uniram forças para tornar esta técnica de PDF bem-sucedida em XFELs. Eles escolheram cuidadosamente as melhores linhas de feixe para seus experimentos e alcançaram seus objetivos através de esforços colaborativos.

Este novo método de PDF nos fornece informações sobre o movimento dos átomos e como os materiais mudam de fase. Isso pode resultar em melhorias em materiais de computação, supercondutores e armazenamento de energia. Pesquisas futuras irão explorar diferentes mudanças de fase em diversos materiais quânticos.

Com a atualização para LCLS-II-HE, a equipe espera realizar estudos ainda mais detalhados. Isso tornará a técnica comum em ciência dos materiais. As descobertas não apenas resolverão problemas existentes, mas também criarão novas oportunidades de pesquisa e aplicação.