Физики впервые засняли в рентгене взрыв ксеноновых нанокластеров

Интернациональная несколько физиков в первый раз заметила процессы, протекающие при облучении ксеноновых нанокластеров интенсивным лазерным лучем. Ученые смогли разглядеть процессы, происходящие в первые 100 фемтосекунд (одна десяти триллионная часть секунды) по окончании импульса, а также, размягчение поверхности кластеров. Это первый опыт, разрешивший заметить фемтосекундные процессы, протекающие в масштабах тысяч атомов.

Изучение размещено в издании Nature Photonics, коротко о нем информирует пресс-релиз Университета Канзаса.

Возможность заметить сверхбыстрые изменения структуры есть главной для понимания самых различных процессов, от химических реакций до сотрудничеств между веществом и светом. Наряду с этим, трансформации эти довольно часто происходят на уровне десятков и единиц нанометров — на сегодня, техник, разрешающих скоро изучить объекты столь малых размеров практически нет. В новой работе физики создали методику, которая разрешает заметить эволюцию структуры отдельных частиц — нанокластеров, складывающихся из атомов ксенона — в стремительных процессах испарения под действием лазерного излучения.

Для изучения авторы применяли рентгеновский лазер на свободных электронах, установленный в Национальной ускорительной лаборатории SLAC. Он играл роль фотовспышки, «освещавшей» пример и рассеивающейся на нем. В зависимости от строения и свойств личных кластеров, картина рассеяния, которую фиксировал детектор, изменялась.

В работе авторам удалось взять серию снимков, показывающих как изменялись с течением долей пикосекунд ксеноновые кластеры.

Схема опыта. KSU

Схема опыта. Tais Gorkhover et al. / Nature Photonics, 2016

Установка складывалась из двух лазеров — рентгеновского и инфракрасного, и источника ксеноновых нанокластеров. Друг за другом кластеры «выстреливались» в сторону линии, где проходили лучи лазеров, по окончании чего, с промежутком в доли пикосекунд, кластер облучали маленькими импульсами инфракрасного, а после этого и рентгеновского излучения. 

Кадры взрыва. Tais Gorkhover et al. / Nature Photonics, 2016

Инфракрасное излучение быстро нагревало 26-нанометровые кластеры, что и приводило к их взрыву. Авторы смоделировали картины и испарения разные стадии частиц рентгеновского рассеяния, по окончании чего сопоставили их с данными детектора. В следствии исследователям удалось различить сверхбыстрое размягчение поверхности нанокластеров, случившееся в первые 100 фемтосекунд с момента нагрева частиц.

Моделирование этапов взрыва нанокластера. Слева направо: момент с облучения, профиль плотности частицы, внешний вид, дифракционная картина. Tais Gorkhover et al. / Nature Photonics, 2016

Шаги по созданию оборудования для «видеосъемки» процессов на атомарном уровне предпринимают многие группы исследователей. Так, ранее мы информировали о разработке микроэлектромеханических зеркал для «стробоскопического» рентгеновского излучения. Анимации, создаваемые посредством рентгеновских лучей разрешают проследить за небольшими трансформациями в структуре вещества: запечатлеть трансформации в пленке в ходе фотографирования, заметить движение разрядки и процесс батарей ударной волны в бриллианте.

Создатель: Владимир Королёв

Случайные записи:

• Когда же, наконец, будет квантовый компьютер: попытки прогноза
• Наночастицы могут резко повысить испаряемость без роста температуры

Как это работает. Рентген

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Физики научились печатать объективы диаметром в волос

  Физики из Университета Штуттгарта напечатали серию одно-, двух- и трех линзовых объективов, диаметр которых не превышает 200 микрон. Объективы крепятся к…

• Нобелевскую премию по физике вручили за открытие осцилляций нейтрино

  Нобелевскую премию поделили канадец Артур Макдональд и японец Такааки Кадзита, экспериментально доказавшие обоюдное превращение различных видов нейтрино,…

• Первая «физика» на большом адронном коллайдере

  Первые результаты запуска Громадного адронного коллайдера на рекордной энергии столкновения двух встречных пучков протонов (с энергией 3,5 ТэВ любой)…

• Именная частица: физика конца света

  Изучение частиц началось недавно. Во второй половине 90-ых годов XIX века Джозеф Джон Томсон открыл электрон, а через 2 десятилетия Эрнест Резерфорд…