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(noticias nanowerk) Una nueva investigación realizada en el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del Departamento de Energía de EE. UU. arroja luz sobre el extraño comportamiento del oro cuando se procesa con pulsos láser de alta energía.
Cuando ciertos materiales, como el silicio, se exponen a una intensa excitación láser, se descomponen rápidamente. Pero el oro hace lo contrario: se vuelve más duro y resistente. Esto se debe a que cambia la forma en que los átomos de oro vibran entre sí (su comportamiento fonónico).
«Nuestros resultados desafían hallazgos anteriores al mostrar que, bajo ciertas condiciones, los metales como el oro pueden volverse más fuertes en lugar de fundirse cuando se exponen a intensos pulsos de láser», dijo Adrien Descamps, investigador de la Queen’s University de Belfast, quien dirigió la investigación realizada durante su carrera universitaria. Estudios en Stanford y SLAC. «Esto contrasta con los semiconductores, que se vuelven inestables y se funden».
Durante décadas, las simulaciones han sugerido la posibilidad de este fenómeno, conocido como endurecimiento de fonones. Utilizando la fuente de luz coherente Linac (LCLS) de SLAC, los investigadores finalmente han sacado a la luz este endurecimiento de fonones.
El equipo publicó sus resultados en Avances científicos (“Evidencia del endurecimiento de fonones en oro excitado por láser mediante difracción de rayos X en un láser de electrones libres con rayos X duros”).
«Fue un viaje fascinante ver confirmadas experimentalmente nuestras predicciones teóricas», dijo la colaboradora Emma McBride, investigadora de la Queen’s University de Belfast y anteriormente becaria de Panofsky en la división de Ciencias de Alta Densidad de Energía (HEDS) de SLAC. «La precisión con la que podemos». «Es sorprendente que ahora podamos medir estos fenómenos en LCLS y abre nuevas posibilidades para futuras investigaciones en ciencia de materiales».
En su experimento, el equipo apuntó a películas delgadas de oro con pulsos de láser óptico en el establo experimental Materia en Condiciones Extremas y luego utilizó pulsos de rayos X ultrarrápidos de LCLS para tomar instantáneas a nivel atómico de cómo reaccionaba el material. Esta mirada de alta resolución al mundo atómico del oro permitió a los investigadores observar cambios sutiles y capturar el momento en que aumentaban las energías de sus fonones, proporcionando evidencia concreta del endurecimiento de los fonones.
«Utilizamos difracción de rayos X en LCLS para medir la respuesta estructural del oro a la excitación láser», dijo McBride. «Esto proporcionó información sobre la disposición atómica y la estabilidad en condiciones extremas».
Los investigadores descubrieron que cuando el oro absorbe pulsos de láser óptico de energía extremadamente alta, las fuerzas que mantienen unidos a los átomos se vuelven más fuertes. Este cambio hace que los átomos vibren más rápido, lo que puede cambiar la forma en que el oro responde al calor y posiblemente incluso afectar la temperatura a la que se funde.
«Este trabajo resuelve una cuestión de larga data sobre la excitación ultrarrápida de metales y muestra que los láseres intensos pueden alterar completamente la respuesta de la red», dijo Siegfried Glenzer, director de la División de Alta Densidad de Energía de SLAC.
Los investigadores creen que también podrían ocurrir fenómenos similares con otros metales como el aluminio, el cobre y el platino. Investigaciones adicionales podrían conducir a una mejor comprensión de cómo se comportan los metales en condiciones extremas, lo que ayudaría a desarrollar materiales más resistentes.
«De cara al futuro, estamos entusiasmados con la posibilidad de aplicar estos hallazgos a aplicaciones más prácticas, como el procesamiento láser y la fabricación de materiales, donde la comprensión de estos procesos a nivel atómico podría conducir a mejores técnicas y materiales», dijo Descamps. “También estamos planeando más experimentos y esperamos explorar estos fenómenos en una gama más amplia de materiales. Es un momento emocionante para nuestro campo y esperamos ver adónde nos llevan estos descubrimientos”.
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