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Los científicos lograron capturar ondas de choque propagando en un cristal de diamante
Resulta que los impactos extremos pueden causar ondas de choque que se propagan dentro del cristal de uno de los materiales más duros y duraderos del mundo – diamante. Y los científicos de la organización alemana de investigación Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) lograron capturar el proceso de propagación de tales ondas de choque utilizando pulsos ultracortados de radiación de rayos X. Estos flashes extremadamente brillantes y breves de rayos X permitieron a los científicos rastrear todos los cambios dinámicos en la rejilla de cristal de diamante que ocurre durante la onda de choque. Además, la secuencia resultante de las imágenes tenía una resolución temporal y espacial extremadamente alta. “Nuestro experimento abre la puerta a un campo científico completamente nuevo”, dice el Dr. Andreas Schropp, quien trabajó en el grupo liderado por el profesor Christian Schroer, “Usamos radiografía de alta velocidad para determinar los cambios cuantitativos en las propiedades locales del cristal y los cambios dinámicos en la estructura de la materia bajo la influencia de influencias extremas. ”
Los investigadores utilizaron el láser de rayos X más fuerte del mundo, la Fuente de Luz Coherente Linac LCLS, en el Laboratorio Nacional de Aceleración Lineal SLAC. Los investigadores instalaron una tira de diamante, 3 centímetros de largo y 0,3 milímetros de espesor en un soporte especial. La onda de choque fue iniciada en el diamante por un breve flash de un láser infrarrojo que se centra en la cara delgada del cristal. El pulso duró sólo 150 picosegundos y contenía una potencia de 12 vatios trillones por centímetro cuadrado. La onda de choque resultante pasó por el cristal de diamante, moviéndose a una velocidad de 72 mil kilómetros por hora.
“Para obtener imágenes de procesos tan rápidos requiere el uso de una fuente de períodos extremadamente cortos de tiempo”, explica el Dr. Shropp, “Esta fuente fue el láser de rayos X LCLS, cuyo pulso tiene una duración de sólo 50 femtoseconds, lo que le permite capturar incluso los movimientos más rápidos. El uso de microscopía de rayos X permitió obtener una resolución de unos 500 nanometros por pixel.
Sin embargo, cada láser "shot" destruye completamente la muestra de material de prueba. Así que tuvimos que repetir el experimento con muestras idénticas, haciendo un marco de la imagen a la vez. Y como resultado, recogimos de las imágenes un video completo que muestra el proceso de la onda de choque que pasa por el cristal de diamante. ”
Utilizando el vídeo obtenido, los científicos pudieron determinar los cambios cuantitativos en la densidad del material durante el paso de la onda de choque. El análisis mostró que la onda de choque comprime el diamante alrededor del 10 por ciento, y tal deformación no puede soportar incluso el material más duradero del mundo.
“Debido a que el diamante tiene una gran cantidad de propiedades físicas distinguidas, es un material muy útil tanto en algunas investigaciones como desde un punto de vista tecnológico”, dice el profesor Jerome Hastings (Prof. Jerome Hastings) del laboratorio SLAC, “y un estudio adicional de las propiedades de este material ampliará significativamente las áreas de su aplicación. ”
Los científicos esperan que la mejora de los láseres de rayos X y la optimización de los sensores utilizados les permitan en el futuro aumentar la resolución espacial a 100 nanometros por pixel. Esto será posible después de la puesta en marcha del nuevo láser europeo XFEL, que está actualmente en construcción. Debido a la naturaleza generalizada de los rayos X, esta tecnología se puede utilizar para estudiar cualquier material sólido, incluidos los metales.
“Tal método de investigación podría producir una gran cantidad de un nuevo campo de la ciencia llamada ciencia de materiales. Y, como sabes, esta ciencia determina mucho con el que entramos en contacto literalmente todos los días. Es probable que, aunque no sea tan notable, los métodos desarrollados por nosotros pueden tener un impacto en nuestras vidas en el futuro, concluyó el Dr. Shropp.
P.S. Y recuerden, simplemente cambiando nuestro consumo – juntos cambiamos el mundo!
Fuente: www.dailytechinfo.org
Los investigadores utilizaron el láser de rayos X más fuerte del mundo, la Fuente de Luz Coherente Linac LCLS, en el Laboratorio Nacional de Aceleración Lineal SLAC. Los investigadores instalaron una tira de diamante, 3 centímetros de largo y 0,3 milímetros de espesor en un soporte especial. La onda de choque fue iniciada en el diamante por un breve flash de un láser infrarrojo que se centra en la cara delgada del cristal. El pulso duró sólo 150 picosegundos y contenía una potencia de 12 vatios trillones por centímetro cuadrado. La onda de choque resultante pasó por el cristal de diamante, moviéndose a una velocidad de 72 mil kilómetros por hora.
“Para obtener imágenes de procesos tan rápidos requiere el uso de una fuente de períodos extremadamente cortos de tiempo”, explica el Dr. Shropp, “Esta fuente fue el láser de rayos X LCLS, cuyo pulso tiene una duración de sólo 50 femtoseconds, lo que le permite capturar incluso los movimientos más rápidos. El uso de microscopía de rayos X permitió obtener una resolución de unos 500 nanometros por pixel.
Sin embargo, cada láser "shot" destruye completamente la muestra de material de prueba. Así que tuvimos que repetir el experimento con muestras idénticas, haciendo un marco de la imagen a la vez. Y como resultado, recogimos de las imágenes un video completo que muestra el proceso de la onda de choque que pasa por el cristal de diamante. ”
Utilizando el vídeo obtenido, los científicos pudieron determinar los cambios cuantitativos en la densidad del material durante el paso de la onda de choque. El análisis mostró que la onda de choque comprime el diamante alrededor del 10 por ciento, y tal deformación no puede soportar incluso el material más duradero del mundo.
“Debido a que el diamante tiene una gran cantidad de propiedades físicas distinguidas, es un material muy útil tanto en algunas investigaciones como desde un punto de vista tecnológico”, dice el profesor Jerome Hastings (Prof. Jerome Hastings) del laboratorio SLAC, “y un estudio adicional de las propiedades de este material ampliará significativamente las áreas de su aplicación. ”
Los científicos esperan que la mejora de los láseres de rayos X y la optimización de los sensores utilizados les permitan en el futuro aumentar la resolución espacial a 100 nanometros por pixel. Esto será posible después de la puesta en marcha del nuevo láser europeo XFEL, que está actualmente en construcción. Debido a la naturaleza generalizada de los rayos X, esta tecnología se puede utilizar para estudiar cualquier material sólido, incluidos los metales.
“Tal método de investigación podría producir una gran cantidad de un nuevo campo de la ciencia llamada ciencia de materiales. Y, como sabes, esta ciencia determina mucho con el que entramos en contacto literalmente todos los días. Es probable que, aunque no sea tan notable, los métodos desarrollados por nosotros pueden tener un impacto en nuestras vidas en el futuro, concluyó el Dr. Shropp.
P.S. Y recuerden, simplemente cambiando nuestro consumo – juntos cambiamos el mundo!
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