A espectroscopia de absorção de raios X, uma ferramenta essencial na análise de materiais, evoluiu com o advento dos pulsos suaves de raios X de attossegundos. Esses pulsos permitem a análise simultânea de toda a estrutura eletrônica do material, feito liderado pela equipe do ICFO. Um estudo recente demonstrou a manipulação da condutividade do grafite através da interação entre luz e matéria, revelando potenciais aplicações em circuitos fotônicos e computação óptica. Este avanço na espectroscopia abre novos horizontes para o estudo da dinâmica de muitos corpos em materiais, um grande desafio na física moderna. Crédito: SciTechDaily.com
Os avanços na espectroscopia de raios X suaves de attossegundos por pesquisadores do ICFO transformaram a análise de materiais, particularmente no estudo de interações luz-matéria e dinâmica de muitos corpos, com implicações promissoras para futuras aplicações tecnológicas.
A espectroscopia de absorção de raios X é uma técnica seletiva de elementos e sensível ao estado eletrônico, e é uma das técnicas analíticas mais amplamente utilizadas para estudar a estrutura de substâncias ou substâncias. Até recentemente, esse método exigia uma varredura trabalhosa de comprimento de onda e não fornecia resolução temporal ultrarrápida para o estudo da dinâmica eletrônica.
Na última década, o grupo Attoscience e Ultrafast Optics do ICFO, liderado pelo professor ICREA do ICFO Jens Biegert h, desenvolveu a espectroscopia de absorção de raios X suaves de attossegundos em uma nova ferramenta analítica sem a necessidade de digitalização e com resolução de attossegundos.[1,2]
Um avanço na espectroscopia de raios X suaves em attossegundos
Pulsos de raios X suaves de attosegundos com duração de 23 a 165 pés e uma largura de banda de raios X suaves coerente associada de 120 a 600 eV[3] Permitindo que toda a estrutura eletrônica do material seja interrogada de uma só vez.
A combinação da resolução temporal da detecção eletrônica de movimento em tempo real e da largura de banda coerente que registra onde a mudança ocorre fornece uma ferramenta totalmente nova e poderosa para a física e a química do estado sólido.
Um dos processos mais importantes é a interação da luz com a matéria, por exemplo, para compreender como a energia solar é captada nas plantas ou como uma célula solar converte a luz solar em eletricidade.
Um aspecto fundamental da ciência dos materiais é a possibilidade de que o estado quântico, ou função, de um material ou matéria possa ser alterado pela luz. Essa pesquisa sobre a dinâmica de muitos corpos dos materiais aborda desafios fundamentais da física contemporânea, como o que desencadeia qualquer transição de fase quântica ou como as propriedades dos materiais surgem de interações microscópicas.
Um estudo recente conduzido por pesquisadores do ICFO
Em um estudo recente publicado na revista Comunicações da NaturezaOs pesquisadores do ICFO Themis Sidiropoulos, Nicola Di Palo, Adam Summers, Stefano Severino, Maurizio Reduzzi e Jens Bigert relatam observar um aumento induzido pela luz e controle da condutividade no grafite, manipulando o estado multicorpo do material.
Técnicas de medição inovadoras
Os pesquisadores usaram pulsos de luz com subciclo estável na fase portadora e envelopados em 1850 nm para induzir o estado híbrido do material fotônico. Eles investigaram a dinâmica eletrônica usando pulsos suaves de raios X de attossegundos com 165 km na borda do carbono K do grafite a 285 eV. A absorciometria de raios X suave de attosegundo interrogou toda a estrutura eletrônica do material em etapas de atraso da bomba-sonda de attosegundo. A bomba a 1850 nm induziu um estado de alta condutividade no material, que só existe devido à interação da fotomatéria; Por isso é chamado de híbrido de matéria leve.
Os pesquisadores estão interessados em tais condições porque se espera que dêem origem a propriedades quânticas de materiais que não existem em nenhum outro estado de equilíbrio, e esses estados quânticos podem ser alterados em velocidades ópticas fundamentais de até vários terahertz.
No entanto, não está claro como exatamente os estados emergem nos materiais. Conseqüentemente, há muita especulação em relatórios recentes sobre a supercondutividade induzida pela luz e outras fases topológicas. Os pesquisadores do ICFO usaram pulsos de raios X suaves de attossegundos pela primeira vez para “olhar dentro da matéria” e também mostrar o estado da matéria com luz.
“Os requisitos para investigação coerente, resolução de tempo em attossegundos e sincronização em attossegundos entre a bomba e a sonda são completamente novos e um requisito essencial para tais novas investigações possibilitadas pela ciência dos attossegundos”, observa o primeiro autor do estudo, Themis Sidiropoulos.
Dinâmica de elétrons em grafite
Ao contrário das bobinas de elétrons e das bicamadas torcidas Grafeno“Em vez de manipular a amostra, excitamos opticamente o material com um poderoso pulso de luz, excitando assim os elétrons para estados de alta energia e observando como esses elétrons relaxam” dentro do material, não apenas individualmente, mas como um sistema completo, monitore o interação entre as operadoras de carga e a própria rede.
Para descobrir como os elétrons do grafite relaxavam após a aplicação de um forte pulso de luz, eles analisaram um amplo espectro de diferentes níveis de energia. Ao observar este sistema, puderam constatar que os níveis de energia de todos os portadores de carga indicavam que a fotocondutividade do material aumentou em algum ponto, indicando assinaturas ou memórias da fase supercondutora.
Como eles conseguiram ver isso? Bem, na verdade, em um post anterior, eles observaram o comportamento de fônons coerentes (em vez de aleatórios) ou excitação coletiva de átomos dentro de um sólido. Como o grafite contém um conjunto de fônons muito fortes (de alta energia), ele pode transferir eficientemente grandes quantidades de energia para longe do cristal sem danificar o material através das vibrações mecânicas da rede. Como estes fônons coerentes se movem para frente e para trás, como uma onda, os elétrons dentro do sólido parecem surfar a onda, gerando as assinaturas de supercondutividade artificial que a equipe observou.
Implicações e perspectivas futuras
Os resultados deste estudo mostram aplicações promissoras na área de circuitos integrados fotônicos ou computação óptica, utilizando luz para manipular elétrons ou controlar as propriedades de materiais e manipulá-los com luz. Como Jens Bigert conclui: “A dinâmica de muitos corpos está em sua essência e é indiscutivelmente um dos problemas mais desafiadores da física contemporânea. Os resultados que obtivemos aqui abrem um novo mundo da física, oferecendo novas maneiras de investigar e manipular fases interconectadas da matéria em tempo real, que são cruciais para as tecnologias modernas.
Referência: “Condutividade óptica aprimorada e efeitos de muitos corpos em grafite semimetálica fortemente fotocatalisada” por TPH Sidiropoulos e N. Di Palo, D.E. Rivas, and A. Summers e S. Severino e M. Reduzzi e J. Biegert, 16 de novembro de 2023, Comunicações da Natureza. doi: 10.1038/s41467-023-43191-5
Notas
“Um soft-top de mesa de alto fluxo, acionado por subciclo Bodis, 14 de setembro de 2014, Cartas Ópticas. doi:10.1364/OL.39.005383
“Espectroscopia de estrutura fina de soft dispersiva Barbara Bodis e Frank Coppins, 19 de maio de 2018, óptica. doi:10.1364/OPTICA.5.000502
“Linhas de attossegundos na janela da água: um novo sistema para caracterizar a pulsação de attossegundos” por Seth L. Cosin, Nicola Di Palo, Barbara Bodis, Stefan M. Tishman, M. Reduzzi, M. DeVita, A. Jens Bigert, 2 de novembro de 2017, Revisão física. doi: 10.1103/PhysRevX.7.041030
Os pesquisadores descobriram uma rara partícula de poeira em um meteorito, feita de uma estrela diferente do nosso Sol. Usando tomografia de sonda atômica avançada, eles analisaram a proporção única de isótopos de magnésio da partícula, revelando sua origem em um tipo recentemente identificado de supernova que queima hidrogênio. Esta descoberta fornece insights mais profundos sobre eventos cósmicos e formação de estrelas. Crédito: SciTechDaily.com
Os cientistas descobriram uma partícula de meteorito com uma proporção isotópica de magnésio sem precedentes, sugerindo a sua origem numa supernova que queima hidrogénio.
A pesquisa descobriu uma rara partícula de poeira presa em um antigo meteorito extraterrestre, formado por uma estrela diferente do nosso Sol.
A descoberta foi feita pela autora principal, Dra. Nicole Neville, e colegas durante seus estudos de doutorado na Curtin University, que agora trabalha no Instituto de Ciência Lunar e Planetária em colaboração com… NASACentro Espacial Johnson.
Meteoritos e grãos pré-solares
Os meteoritos são feitos principalmente de material formado em nosso sistema solar e também podem conter pequenas partículas originárias de estrelas que nasceram muito antes do nosso sol.
Evidências de que essas partículas, conhecidas como grãos pré-solares, são restos de outras estrelas foram encontradas através da análise dos diferentes tipos de elementos encontrados dentro delas.
Técnicas analíticas inovadoras
Dr. Neville usou uma técnica chamada milho Sonda de tomografia para analisar partículas, reconstruir a química em nível atômico e acessar as informações ocultas nelas.
Dr Neville disse: “Essas partículas são como cápsulas do tempo celestiais, fornecendo um instantâneo da vida de sua estrela-mãe”.
“Os materiais criados no nosso sistema solar têm proporções previsíveis de isótopos – diferentes tipos de elementos com diferentes números de nêutrons. A partícula que analisamos tem uma proporção de isótopos de magnésio que é diferente de qualquer coisa no nosso sistema solar.
“Os resultados foram literalmente fora dos gráficos. A proporção isotópica mais extrema para o magnésio de estudos anteriores de grãos pré-solares foi de cerca de 1.200. O grão em nosso estudo tem um valor de 3.025, o valor mais alto já descoberto.
“Esta razão isotópica excepcionalmente elevada só pode ser explicada pela formação num tipo de estrela recentemente descoberto – uma supernova que queima hidrogénio.”
Avanços na astrofísica
O coautor, Dr. David Saxey, do Centro John D. Laiter em Curtin, disse: “A pesquisa abre novos horizontes na forma como entendemos o universo, ultrapassando os limites das técnicas analíticas e dos modelos astrofísicos.
“A sonda atômica nos deu todo um nível de detalhe que não conseguimos acessar em estudos anteriores”, disse o Dr. Saksi.
“Uma supernova que queima hidrogênio é um tipo de estrela que só foi descoberta recentemente, mais ou menos na mesma época em que estávamos analisando a minúscula partícula de poeira. Usar uma sonda atômica neste estudo nos dá um novo nível de detalhe que nos ajuda a entender como essas estrelas forma.”
Vinculando resultados de laboratório a fenômenos cósmicos
O co-autor, Professor Phil Bland, da Curtin School of Earth and Planetary Sciences, disse: “Novas descobertas do estudo de partículas raras em meteoritos permitem-nos obter informações sobre eventos cósmicos fora do nosso sistema solar.
“É simplesmente incrível poder correlacionar medições em escala atômica em laboratório com um tipo de estrela recentemente descoberto.”
Pesquisa intitulada “Elemento atômico e investigação isotópica 25Poeira estelar rica em magnésio de supernovas que queimam H. Foi publicado em Jornal Astrofísico.
Referência: “Elemento em escala atômica e investigação isotópica 25“Poeira estelar rica em Mg de uma supernova que queima H”, por N. D. Nevill, P. A. Bland, D. W. Saxey, W. D. A. Rickard e P. Guagliardo, NE Timms, LV Forman e L. Daly e SM Reddy, 28 de março de 2024, Jornal Astrofísico. doi: 10.3847/1538-4357/ad2996
As preocupações sobre a doença debilitante crônica aumentaram depois que surgiu um relato de caso de dois caçadores que desenvolveram distúrbios neurológicos e morreram após comerem carne de veado de um grupo de cervos que pode ter sido infectado com a “doença dos cervos zumbis”.
o Relatório sobre pescadores Quem morreu em 2022, e que foi apresentado no início de abril na reunião anual da Academia Americana de Neurologia, não foi comprovada a transmissão da infecção. Doença debilitante crônica (CWD) de cervos a humanos, escrevem pesquisadores do Centro de Ciências da Saúde da Universidade do Texas, em San Antonio.
No entanto, o caso “ressalta a necessidade de uma investigação mais aprofundada sobre os riscos potenciais do consumo de cervos infectados com CWD e suas implicações para a saúde pública”, escreveram os pesquisadores.
Não houve casos de CWD em pessoas relatadas até o momento, de acordo com os Centros de Controle e Prevenção de Doenças. Mas estudos anteriores levantaram preocupações de que a CWD poderia “representar um risco para as pessoas”. Direção-Geral da Saúde “, sugerindo que “é importante prevenir a exposição humana à CWD”.
Aqui está o que você deve saber sobre as mortes de caçadores furtivos e a resposta do CDC ao relatório.
Ele assiste:Uma ursa esperta salva a vida de seu filhote depois que ele caiu de uma ponte em um rio
CDC: A carne de veado não causou doenças ou morte em caçadores
Para o relatório de 2022, a agência concordou com os investigadores “que há uma necessidade de uma investigação cuidadosa da doença debilitante crónica (CWD) como um risco potencial para a saúde das pessoas”, disse o epidemiologista do CDC, Ryan Maddox, numa declaração ao USA TODAY.
Mas ele disse que o CDC revisou os casos de 2.022 e considerou as mortes dos dois homens “parte do número normal de casos da doença de Creutzfeldt-Jakob que vemos nos Estados Unidos”.
Os homens morreram após contrair a doença de Creutzfeldt-Jakob (DCJ), que, tal como a CWD, é uma doença priónica, uma classe de distúrbios neurológicos fatais, que pode afectar humanos e animais, geralmente progride rapidamente e é quase sempre fatal. em Doenças príonAlgumas proteínas no cérebro começam a dobrar-se de forma anormal, causando danos cerebrais e outros sintomas, afirma o Centro de Controle e Prevenção de Doenças (CDC).
“Um histórico de caça e/ou consumo de carne de veado não significa que alguém contraiu a doença de Creutzfeldt-Jakob dessa forma”, disse Maddox. “Muitos americanos caçam e comem carne de veado. Alguns podem desenvolver a doença de Creutzfeldt-Jakob de forma intermitente por acidente e outros não.”
O que é doença debilitante crônica?
Doença debilitante crônica (CWD), em cervos, alces e outros animais, resulta em perda de peso, falta de coordenação, tropeços, letargia, perda de peso, baba e falta de medo das pessoas, daí o termo “Doença do cervo zumbi.”
Foi identificado pela primeira vez em cervos em cativeiro em um centro de pesquisa no Colorado no final dos anos 1960. CWD apareceu em cervos selvagens em 1981, e desde então foram relatados em cervos, alces e alces em 33 estados, de acordo com Pesquisa Geológica dos EUA.
Os cientistas estavam preocupados com a CWD porque a doença da vaca louca, ou encefalopatia espongiforme bovina, atingiu os humanos no Reino Unido na década de 1990.
“Sabemos que as doenças por príons podem ser transmitidas de animais para humanos, como vimos no caso da doença das vacas loucas”, disse Maddox. “Estão em andamento estudos para avaliar se a CWD pode representar um risco para as pessoas. O aumento no número anual de casos da doença de Creutzfeldt-Jakob nos Estados Unidos pode ser explicado pelo envelhecimento da população, melhoria da vigilância e melhores testes”.
Ele disse que alguns aspectos dos casos dos pescadores apontam para a clássica doença de Creutzfeldt-Jakob (DCJ), em vez de um distúrbio neurológico mais recente causado pela CWD.
As doenças por príons geralmente levam muitos anos para causar sintomas nas pessoas. “Os homens morreram da doença de Creutzfeldt-Jakob antes ou na mesma época em que a CWD foi encontrada na área onde caçavam, o que não deixou tempo para um longo período de incubação”, disse Maddox.
Suas idades, sintomas e alterações cerebrais “eram consistentes com o que normalmente vemos na doença clássica esporádica de Creutzfeldt-Jakob não atribuível à CWD”, disse ele. Quando a variante da doença de Creutzfeldt-Jakob apareceu como resultado da “doença da vaca louca”, os infectados eram mais jovens e apresentavam sintomas diferentes, disse Maddox.
Os estudos atuais não mostram um aumento nas taxas da doença de Creutzfeldt-Jakob em caçadores do Colorado. “Os resultados até agora são tranquilizadores”, disse ele. “O número de casos da doença de Creutzfeldt-Jakob ou de outras doenças priónicas nesta população caçadora não foi superior ao que esperaríamos na população em geral.”
Doença debilitante crônica: dicas para reduzir riscos ao caçar cervos e alces
Não atire, manuseie ou coma carne de veado ou alce que pareça doente ou esteja agindo de forma estranha. Da mesma forma, não manuseie ou coma animais atropelados.
Use luvas de látex ou látex ao vestir o animal ou manusear a carne. Não use facas domésticas ou outros utensílios de cozinha para preparar o campo.
Evite manusear órgãos de animais, especialmente tecido cerebral ou medula espinhal.
Verifique as diretrizes estaduais de vida selvagem e saúde pública para ver se o teste CWD para animais é recomendado ou exigido onde você caça.
Considere cuidadosamente testar seu cervo ou alce para CWD antes de comer a carne. Se o teste do seu animal for positivo para CWD, não coma a carne desse animal.
Se você tiver um cervo ou alce processado comercialmente, considere solicitar que seu animal seja processado individualmente para evitar misturar carne de vários animais.
Os cientistas estão se concentrando na detecção de sulfeto de dimetila (DMS) em sua atmosfera.
O Telescópio Espacial James Webb (JWST), o telescópio mais poderoso já lançado, está pronto para iniciar uma missão de observação crucial na busca por vida extraterrestre.
Como reportado vezes, O telescópio irá focar-se num planeta distante que orbita uma estrela anã vermelha, K2-18b, localizada a 124 anos-luz de distância.
K2-18b chamou a atenção dos cientistas devido à sua capacidade de abrigar vida. Acredita-se que seja um mundo coberto por oceanos e cerca de 2,6 vezes maior que a Terra.
O elemento-chave que os cientistas procuram é o sulfeto de dimetila (DMS), um gás com uma propriedade notável. Segundo a NASA, o DMS é produzido na Terra apenas pela vida, principalmente pelo fitoplâncton marinho.
A presença de DMS na atmosfera de K2-18b seria uma descoberta importante, embora o Dr. Niku Madhusudan, astrofísico principal do estudo de Cambridge, acautele contra tirar conclusões precipitadas. Embora os dados preliminares do Telescópio Espacial James Webb indiquem uma alta probabilidade (mais de 50%) da presença do DMS, são necessárias análises mais aprofundadas. O telescópio dedicará oito horas de observação na sexta-feira, seguidas de meses de processamento de dados antes de chegar a uma resposta definitiva.
A falta de um processo natural, geológico ou químico conhecido para gerar DMS na ausência de vida acrescenta peso à excitação. No entanto, mesmo que isto se confirme, a enorme distância entre o K2-18b representa um obstáculo tecnológico. Viajando à velocidade da sonda Voyager (38.000 mph), a sonda levaria 2,2 milhões de anos para chegar ao planeta.
Apesar da sua enorme distância, a capacidade do Telescópio Espacial James Webb de analisar a composição química da atmosfera de um planeta através da análise espectroscópica da luz estelar filtrada através das suas nuvens fornece uma nova janela para a possibilidade de vida extraterrestre. Esta missão tem o potencial de responder à antiga questão de saber se estamos realmente sozinhos no universo.
As próximas observações também visam esclarecer a presença de metano e dióxido de carbono na atmosfera do K2-18b, potencialmente resolvendo o “problema da falta de metano” que tem intrigado os cientistas há mais de uma década. Embora o trabalho teórico sobre fontes não biológicas do gás prossiga, as conclusões finais são esperadas nos próximos quatro a seis meses.
