Международной группе физиков впервые удалось увидеть процессы, которые протекают при облучении ксеноновых нанокластеров интенсивным лазерным лучом. Они заметили процессы, происходящие в первые 100 фемтосекунд (одна десяти триллионная доля секунды) после импульса. Это первый в мире эксперимент, который позволил увидеть фемтосекундные процессы в масштабах тысяч атомов, и помогло в этом облучение ксеноновых нанокластеров.
По данным пресс-релиза Университета Канзаса, возможность увидеть сверхбыстрые структурные изменения позволит понять разные процессы, в том числе – химические реакции, взаимодействие между светом и веществом. Чаще всего изменения происходят на уровне единиц и десятков нанометров. И любая техника и технология, которая позволяет быстро исследовать настолько небольшие объекты важна для ученых. В новой работе физики создали методику, которая позволяет увидеть эволюцию структуры отдельных частиц быстрых процессах испарения под действием лазерного излучения.
Ученые использовали рентгеновский лазер на свободных электронах, установленный в Национальной ускорительной лаборатории SLAC. Он работал как фотовспышка, которая освещала образец и рассеивалась в нем. В зависимости от свойств и строения индивидуальных кластеров, картина рассеяния менялась. В итоге, авторы получили серию снимков, которая показала, как меняются за доли пикосекунд ксеноновые кластеры.
По словам соавтора исследования и исследователя из команды SLAC Ксихие Ван, их новый инструмент сочетает атомное разрешение и необычайную скорость. Благодаря этому им удалось сделать снимки движения атомов в газах быстрее, чем когда-либо прежде, а также продемонстрировать потенциал технологии для создания молекулярных фильмов химических реакций.
В рабочей установке задействовали два лазера – инфракрасный и рентгеновский, источник ксеноновых нанокластеров. Один за другим кластеры выстреливали в сторону линии, по которой проходили лучи лазеров, а затем с интервалов в доли пикосекунд кластер облучали короткими импульсами инфракрасного и следом рентгеновского излучения. Инфракрасное излучение резко нагревало 26-нанометровые кластеры, взрывая их. После моделирования разных стадий испарений частиц и картин рентгеновского рассеяния ученые сравнили их с данными детекторами. Исследователи смогли различить сверхбыстрое размягчение поверхности нанокластеров, которое происходило в первые 100 фемтосекунд с момента нагрева частиц.
Результаты работы опубликовали в журнале Nature Communications.
