Bismuth sledoval, ako sa topí

Technika snímania s vysokým potenciálom pre dočasné rozlíšenie ultrarýchlych procesov

Na určenie presného času príchodu röntgenového impulzu vedci používajú elektrooptický kryštál (zelený), ktorý je umiestnený vedľa elektrónového lúča (biely) v lineárnom urýchľovači krátko pred generáciou röntgenového žiarenia. Laser (červený) označuje zmeny v kryštáli spôsobené tokom elektrónov, a tak meria presný čas, keď príde elektrónový lúč - a tým aj röntgenové impulzy -. © Inštitút Maxa Plancka pre kvantovú optiku
čítať nahlas

S röntgenovými lúčmi medzinárodný tím vedcov prvýkrát sledoval zmeny, ktoré tuhá látka prechádza tesne pred topením. Podľa vedcov vedeckého časopisu Science sa merania uskutočňovali na relatívne jednoduchom systéme - tenkom filme z bizmutu.

Meranie demonštruje vysoký potenciál takzvanej techniky excitácie-výsluchu v časovom rozlíšení ultrarýchlych procesov. Pri tomto spôsobe sa atómový proces v materiáli najskôr iniciuje ultra krátkym svetelným impulzom. Výsledné zmeny sa určia pomocou ďalších svetelných impulzov, ktoré zasiahnu objekt vo vzdialenosti od pevných časových oneskorení.

V tomto experimente, do ktorého boli zapojení dvaja vedci z Inštitútu kvantovej optiky Maxa Garck v Garchingu, sa nanesie 50 nm nanesený film bizmutu so 70 femtosekundami - jedna femtosekunda zodpovedá 10-15 sekundám - dlhé svetelné pulzy z titánového zafíru. Laser (takmer infračervený) priniesol vysoko vzrušený stav.

Pretože laserová energia nestačí na roztavenie materiálu, atómy sa vrátia do svojho normálneho stavu za menej ako nanosekundu - miliardtinu sekundy. Vedci okolo Davida Fritza skúmali, ako sa mení štruktúra pevnej látky po vzrušení bombardovaním filmu pomocou zdroja pulzných subpikosekundových impulzov (SPPS) v Stanfordovom lineárnom akcelerátorovom stredisku (SLAC) v Stanforde v USA.

Stopky pre laserové impulzy

Aby vedci dokázali presne zrekonštruovať procesy presne v čase, musia presne vedieť, kedy stimulujúce svetelné impulzy alebo röntgenové impulzy dopadnú na materiál. Problém je v tom, že hoci pulzy infračerveného lasera prichádzajú presne a spoľahlivo v definovaných časových intervaloch, pulzy röntgenových lúčov z lineárneho urýchľovača sa nedajú tak dobre regulovať. S pomocou elektrooptického kryštálu sa dvom vedcom MPQ, Reinhardovi Kienbergerovi a Adrianovi Cavalierimu, podarilo vyvinúť určitý druh stopiek, pomocou ktorých by bolo možné určiť relatívnu dobu príchodu impulzov s požadovanou presnosťou. zobraziť

Ihneď po dopadnutí vzrušujúceho laserového impulzu sa väzby medzi atómami v tuhej látke oslabia. V dôsledku toho sa atómové jadro dostane z rovnováhy ako mramor, ktorý je zdvihnutý od spodnej časti priehlbiny po sklonené steny. Po uvoľnení (tj po laserovom pulze) sa jadro vleje späť do stredu depresie a pred tým, ako sa tam usadí - v rovnováhe - vytvorí najmenšie vibrácie okolo dolného bodu. Použitím techniky excitačného dotazu načrtnutého vyššie, vedci určili frekvenciu týchto oscilácií. Z toho boli schopní určiť sily, ktoré držia atómy pohromade, v závislosti od času, ktorý uplynul od podnetu.

Ako nástroje používajte FEL

Po prvé, je možné rekonštruovať časovo závislú „mapu“ potenciálneho povrchu pevného telesa, z ktorej vznikajú vnútorné atómové sily. Výsledky získané na tomto nevyváženom bismutovom filme možno prekvapivo vysvetliť iba miernou zmenou, ktorá je zvyčajne potenciálna. popisuje systémy rovnováhy.

SPPS slúžil ako testovacie pole pre nový slobodný elektrónový laser (FEL), lineárny koherentný svetelný zdroj (LCLS), ktorý sa teraz stavia na SLAC. S týmto oveľa silnejším zdrojom je možné študovať zložitejšie systémy ako bizmut, ktorý môže hrať kľúčovú úlohu v iných oblastiach, ako je medicína alebo obnoviteľná energia, podobným spôsobom.

Experiment teda predstavuje míľnik na ceste k efektívnemu využívaniu budúcich FEL ako nástrojov. Vedci z MPQ a SLAC sa rovnako zaujímajú o túto oblasť fyziky.

(idw - Max Planck Institute for Quantum Optics, 12.02.2007 - DLO)