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  • Investigación y Ciencia
  • Septiembre 2016Nº 480
Panorama

Espectroscopía

Un nuevo microscopio de rayos X

Una prometedora técnica multiplica por cien la resolución temporal de los mejores dispositivos espectroscópicos actuales. Ello permitirá estudiar en tiempo real numerosos procesos moleculares hasta ahora inexplorados.

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A lo largo del siglo XX, la humanidad ha desarrollado numerosas técnicas para observar la estructura interna de los materiales, desde la microscopía de superresolución y de fuerza atómica hasta los métodos de difracción, entre otras muchas. No obstante, estudiar procesos dinámicos a nivel molecular requiere emplear dispositivos que no solo logren una gran resolución espacial, sino que sean también capaces de interaccionar con el sistema en sus escalas de tiempo características, a fin de poder observar la evolución de los procesos moleculares en tiempo real. Es decir, necesitamos dispositivos ultrarrápidos.

Con ese propósito en mente, en los últimos años se han desarrollado varias técnicas que combinan un pulso láser seguido de uno de rayos X. El primero pone en marcha el proceso molecular objeto de estudio, mientras que el segundo llega al sistema cuando aún está evolucionando, lo que permite obtener información de su dinámica. Al regular la duración del intervalo que media entre ambos pulsos, pueden obtenerse «fotografías» de la estructura de la molécula en distintos instantes y componerlas para crear una película en tiempo real del proceso inducido por el láser.

Hoy por hoy, sin embargo, la tecnología no permite que el pulso láser y el de rayos X queden separados por un intervalo de menos de un picosegundo (10–12 segundos). Ese umbral impide acceder a numerosos procesos moleculares fundamentales, muchos de los cuales se desarrollan en escalas de tiempo del orden del femtosegundo (10–15 segundos).

Hace poco, una colaboración liderada por uno de nosotros (Picón) ha desarrollado una nueva técnica que permite multiplicar por cien la resolución temporal de los dispositivos actuales. En lugar de emplear un pulso láser y uno de rayosX, el nuevo método usa dos pulsos de rayosX ultracortos y de diferente frecuencia, o «color». Gracias a esta técnica, descrita el pasado mes de mayo en Nature Communications, pronto podremos estudiar mecanismos moleculares de transferencia de energía y de electrones que, hasta ahora, resultaban imposibles de analizar.

Láseres de rayos X
Los rayos X son ondas electromagnéticas de muy alta energía, por lo que pueden penetrar en el interior de los materiales con mayor facilidad que el resto de la radiación. En general, suelen interaccionar con los electrones situados más cerca del núcleo atómico. Una de sus principales ventajas reside en que, mediante un control fino de su energía, podemos seleccionar qué electrones de qué núcleo vamos a excitar. Esta propiedad, conocida como «excitación selectiva», ofrece una ventana única para acceder a la estructura interna de las moléculas.

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