Cientistas do Instituto Fritz Haber da Sociedade Max Planck e colaboradores internacionais afirmam ter reconstruído um “filme” em tempo real de átomos movendo-se por até um picossegundo antes de um evento de decaimento mediado por transferência de elétrons (ETMD), demonstrando que o movimento e a geometria nuclear podem influenciar fortemente quando o decaimento ocorre e o que ele produz.
Cientistas do Instituto Fritz Haber da Sociedade Max Planck e colaboradores internacionais reconstruíram átomos em movimento logo antes de um processo induzido por radiação conhecido como decaimento mediado por transferência de elétrons (ETMD), utilizando um modelo de sistema simples de um átomo de neônio fracamente ligado a dois átomos de criptônio (o trímero NeKr2). (sciencedaily.com)
No ETMD, um átomo inicialmente excitado relaxa ao capturar um elétron de um vizinho próximo, enquanto a energia liberada ioniza um terceiro átomo próximo, produzindo um elétron de baixa energia. A equipe estudou a dinâmica ionizando o núcleo de neônio com raios X moles e, em seguida, acompanhando a evolução do sistema por até um picossegundo — um intervalo incomumente longo em escalas de tempo atômicas — antes que o decaimento ocorresse. (sciencedaily.com)
Para isso, os pesquisadores utilizaram um microscópio de reação COLTRIMS no síncrotron BESSY II em Berlim e no PETRA III em Hamburgo. Eles combinaram as medições com simulações ab initio que rastrearam milhares de possíveis trajetórias nucleares, permitindo-lhes reconstruir a geometria atômica no momento em que o ETMD ocorreu e estimar como a probabilidade de decaimento variava ao longo de diferentes caminhos. (sciencedaily.com)
O “filme” reconstruído revelou que os átomos não permaneceram congelados em um único arranjo. Em vez disso, o trímero exibiu um movimento de vagagem pronunciado que remodelou continuamente a geometria, o que, por sua vez, influenciou tanto o tempo quanto o resultado do processo de ETMD. (sciencedaily.com)
“Podemos literalmente observar como os átomos se movem antes que o decaimento aconteça”, afirmou Florian Trinter, um dos autores principais, em um comunicado. “O decaimento não é apenas um processo eletrônico — ele é direcionado pelo movimento nuclear de uma forma muito direta e intuitiva.” (sciencedaily.com)
O estudo relata que diferentes geometrias predominam em momentos distintos. Logo após a ionização, o decaimento ocorre próximo à geometria do estado fundamental; em tempos intermediários, um átomo de criptônio se aproxima do neônio enquanto o outro se afasta, uma configuração favorável para a doação de elétrons e transferência de energia de longo alcance; e em tempos posteriores, os átomos exploram configurações quase lineares e altamente distorcidas, consistentes com um movimento oscilante, semelhante ao de vagagem. Os autores relatam que essa remodelação pode tornar a taxa de decaimento fortemente dependente do tempo, variando em quase uma ordem de grandeza de acordo com a geometria. (phys.org)
“Os átomos exploram grandes regiões do espaço de configuração antes que o decaimento finalmente ocorra”, disse o autor sênior Till Jahnke. “Isso mostra que o movimento nuclear não é uma correção menor — ele controla fundamentalmente a eficiência do decaimento eletrônico não local.” (sciencedaily.com)
O ETMD tem chamado a atenção na radioquímica porque pode gerar eficientemente elétrons de baixa energia, que são amplamente compreendidos por contribuir para danos químicos em líquidos e matéria biológica. Os pesquisadores disseram que determinar como o ETMD depende da estrutura e do movimento pode ajudar a refinar modelos de efeitos da radiação em água e ambientes biomoleculares, além de auxiliar na interpretação de experimentos de raios X ultrarrápidos. (sciencedaily.com)
Os resultados foram publicados no Journal of the American Chemical Society em um artigo intitulado “Tracking the Complex Dynamics of Electron-Transfer-Mediated Decay in Real Space and Time.” (sciencedaily.com)
