I rivelatori di immagini di raggi X sono oggi l’elemento chiave per sfruttare la straordinaria potenza delle moderne sorgenti di flash di raggi X che stanno rivoluzionando il modo di studiare la materia a livello atomico e molecolare grazie alla possibilità di cogliere immagini di oggetti piccolissimi, come proteine e virus, quali il SARS-CoV2.
Un recente studio ha dimostrato di poter descrivere in dettaglio l’evoluzione temporale sulla scala dei picosecondi di particolari stati topologici della materia, denominati skyrmioni magnetici, ovvero configurazioni di spin che si avvolgono secondo uno schema a vortice. I risultati sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista Nature Materials in un articolo del Prof. Andrea Castoldi del DEIB, Politecnico di Milano, scritto in collaborazione con Massachusetts Institute of Technology, Max-Born-Institut, Università di Mainz, European XFEL, Technische Universität di Berlino, Università di Göttingen, Deutsches Elektronen-Synchrotron, Universita’ di Heidelberg, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Università di Radboud. Questo studio apre la via alla comprensione dello switch ultraveloce di fasi topologiche in un’ampia varietà di materiali, l’anticamera delle memorie ultraveloci e ultracapienti del futuro.
La nucleazione della fase comprendente skyrmioni magnetici e la sua transizione ultraveloce è stata “filmata” con impulsi ultrabrevi di fotoni X aventi energia di 779 eV in un esperimento di pump-and-probe al European XFEL di Amburgo. Le figure di diffrazione dei raggi X vengono acquisite all’incredibile frequenza di milioni di immagini al secondo mediante il rivelatore DSSC (DePFET Sensor with Signal Compression), attualmente la fotocamera per raggi X di bassa energia più veloce al mondo sviluppata da un consorzio internazionale con forte partecipazione del DEIB, Politecnico di Milano.
La messa in opera di questo rivelatore di immagini, unico nel suo genere, rappresenta il culmine di oltre un decennio di ricerca e sviluppo collaborativo internazionale del Laboratorio Imaging Detectors del DEIB, supportato dall’attività di tanti studenti di Laurea Magistrale, di Dottorato e PostDoc. È già in fase di sviluppo una seconda fotocamera, basata su un principio innovativo dei Depleted P-channel Field-Effect Transistors, una nuova sfida dei prossimi anni che consentirà una risoluzione energetica ancora migliore ed un intervallo dinamico sensibilmente più elevato.
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