Un equipo de investigación del XFEL europeo y DESY ha logrado un gran avance en la ciencia de los rayos X al generar pulsos de rayos X duros de attosegundos de alta potencia sin precedentes a velocidades de repetición de MHz. Estos avances abren nuevas fronteras en el estudio de la dinámica de los electrones ultrarrápidos y permiten mediciones no destructivas a nivel atómico.
Los investigadores han demostrado pulsos de rayos X duros de un solo pico con energías de pulso superiores a 100 microjulios y duraciones de pulso de sólo unos pocos cientos de attosegundos. Un attosegundo es un quintillón (10-18de segundo, una escala de tiempo que permite a los científicos capturar incluso los movimientos más rápidos de los electrones en la materia.
“Estos pulsos de rayos X de alta potencia de segundos atómicos pueden abrir nuevas vías para estudiar la materia a escala atómica”, afirma Jiaoyi Yan, físico europeo del XFEL y autor principal del estudio publicado en . Fotónica de la naturaleza. “Con estos rayos X únicos, podemos realizar mediciones de propiedades estructurales y electrónicas verdaderamente sin pérdidas. Esto allana el camino para estudios avanzados como la cristalografía de attosegundos, que nos permite observar la dinámica electrónica en el espacio real”.
Los métodos convencionales para generar pulsos de rayos X extremadamente cortos y duros requieren reducir drásticamente la carga del haz de electrones a decenas de picoculombios, lo que limita la energía del pulso y su aplicación práctica. El equipo desarrolló un método de autocharla utilizando los efectos combinados de haces de electrones y sistemas especiales de transporte de haces en el XFEL europeo. Este enfoque permite la generación de pulsos de rayos X de attosegundos a una potencia máxima en la escala de teravatios y tasas de repetición de MHz sin agotar la carga del haz de electrones.
“Al combinar pulsos muy cortos con velocidades de repetición de megahercios, ahora podemos recopilar datos mucho más rápido y comprender estos procesos”, dice Gianluca Galloni, líder del grupo de física FEL en el XFEL europeo. “Este desarrollo promete transformar la investigación en varios campos científicos, particularmente para la obtención de imágenes a escala atómica de moléculas y materiales de proteínas y la investigación de fenómenos de rayos X no lineales”.
