Bismuth je gledal med taljenjem

Pobiralna tehnika z velikim potencialom za časovno ločljivost ultra hitrih procesov

Za določitev natančnega časa prihoda rentgenskega impulza znanstveniki uporabljajo elektro-optični kristal (zelen), ki je postavljen poleg elektronskega žarka (belega) v linearnem pospeševalniku tik pred generiranjem rentgenskih žarkov. Laser (rdeč) označuje spremembe kristala, ki jih povzroči pretok elektronov in tako meri točen čas, ko pride elektronski žarek - in s tem rentgenski impulzi -. © Inštitut Max Planck za kvantno optiko
prebral

Z rentgenskimi žarki je mednarodna skupina znanstvenikov prvič izsledila spremembe, ki jih trdno snov podvrže tik pred taljenjem. Raziskovalci znanstvene revije Science so merili na razmeroma enostavnem sistemu - tankem filmu bizmutne kovine.

Meritev kaže na velik potencial tako imenovane tehnike vzbujanja-zasliševanja pri časovni ločljivosti ultra hitrih procesov. Pri tej metodi se atomski postopek v materialu najprej začne z ultra kratkim svetlobnim impulzom. Nastale spremembe so določene s pomočjo nadaljnjih svetlobnih impulzov, ki zadevajo predmet na razdalji od določenih časovnih zamud.

V tem poskusu, v katerem sta sodelovala dva raziskovalca z Inštituta Maxa Plancka za kvantno optiko v Garchingu, je 50 nanometrski debel film bizmuta s 70 femtosekundami - ena femtosekunda ustreza 10-15 sekundam - dolgi svetlobni impulzi iz titanovega safirja Laser (blizu infrardečega) privede do zelo vznemirjenega stanja.

Ker energija laserja ne zadošča za taljenje materiala, se atomi vrnejo v normalno stanje v manj kot nanosekundi - milijardo sekunde. Raziskovalci okoli Davida Fritza so raziskali, kako se struktura trdega stanja po vznemirljivosti spreminja z bombardiranjem filma s Pulse Sub-Picosecond Pulse Source (SPPS) v Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) v Stanfordu v ZDA.

Štoparica za laserske impulze

Da bi lahko natančno pravočasno rekonstruirali procese, morajo znanstveniki natančno vedeti, kdaj spodbudni svetlobni impulzi ali rentgenski impulzi zadenejo material. Težava je v tem, da čeprav impulzi infrardečega laserja prihajajo v točno določenih in zanesljivo določenih časovnih intervalih, impulzov rentgenskih žarkov z linearnega pospeševalnika ni mogoče tako dobro nadzorovati. S pomočjo elektro-optičnega kristala sta dva raziskovalca MPQ, Reinhard Kienberger in Adrian Cavalieri, uspela razviti nekakšno štoparico, s katero je bilo mogoče določiti relativne čase prihoda impulzov z zahtevano natančnostjo. zaslon

Takoj po udarcu vznemirljivega laserskega impulza vezi med atomi v trdnem tleh postanejo šibkejše. Kot rezultat, atomsko jedro uide iz ravnovesja, kot marmor, ki se dvigne od dna vdolbine do poševnih sten. Sproščeno (tj. Po laserskem impulzu) se jedro vrne v središče depresije in preden se tam ustali - v ravnotežju - naredi najmanjše vibracije okoli nizke točke. Z zgoraj opisano tehniko vzbujanja-poizvedovanja so raziskovalci določili pogostost teh nihanj. Iz tega so lahko določili sile, ki držijo atome skupaj, odvisno od časa, ki je pretekel od dražljaja.

Kot orodje uporabite FEL

Najprej je mogoče rekonstruirati časovno odvisen "zemljevid" potencialne površine trdnega telesa, iz katerega izhajajo notranje-atomske sile. Presenetljivo je, da lahko rezultate, pridobljene na tem neuravnoteženem bizmutnem filmu, razložimo le s skromno spremembo, ki je običajno potencialna opisuje ravnotežne sisteme.

SPPS je služil kot testno polje za nov brezplačni elektronski laser (FEL), koherentni svetlobni vir Linac (LCLS), ki je zdaj vgrajen na SLAC. S tem mnogo močnejšim virom je mogoče na podoben način preučiti kompleksnejše sisteme kot bizmut, ki imajo lahko ključno vlogo na drugih področjih, kot sta medicina ali obnovljiva energija.

Poskus tako predstavlja mejnik na poti do učinkovite uporabe bodočih FEL-ov kot orodij. Raziskovalci v MPQ in SLAC so prav tako zainteresirani za to področje fizike.

(idw - Institut Maxa Plancka za kvantno optiko, 12.02.2007 - DLO)