Ученым впервые удалось снять вибрации нанокристаллов золота с потрясающей частотой один миллиард кадров в секунду. Этот необычный фильм содержит чрезвычайно важную информацию о составе золота. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
«Так же, как качество звука может рассказать специалисту об особенностях музыкального инструмента, вибрации материалов несут сведения об их составе и функциях», – говорит ведущий автор исследования Джесси Кларк (Jesse Clark) из Лондонского центра нанотехнологий (LCN).
Съемка с помощью новейших технологий трехмерной визуализации позволила впервые разглядеть весьма необычные детали колебаний частиц. Исследователи обнаружили, что после возмущения извне они возникают единовременно по всему кристаллу. Раньше предполагалось, что возбуждение внутри материала передается со скоростью звука, но теперь очевидно – это происходит гораздо быстрее. Полученные результаты поддерживают теоретические модели взаимодействия света с металлами, в которых энергия сначала передается электронам, способным замыкать медленное движение атомов.
Команда из ста человек использовала в своей работе революционный рентгеновский лазер – «Источник когерентного света из линейного ускорителя» (Linac Coherent Light Source) с длиной волны всего 0,15 нанометра. В качестве источника рентгеновского излучения в этом грандиозном устройстве выступают пучки электронов из трехкилометрового линейного ускорителя, установленного в Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США). Ультракороткие импульсы лазера с частотой, измеряемой в квадриллионных долях секунды, могут фактически замораживать движение атомов в любых образцах, оставляя лишь колебания электронов.
Ученым удалось снять несколько отдельных кадров колебаний нанокристаллов золота размером 350 нанометров, которые вызывали вспышки инфракрасного света. Затем с помощью самых современных методов визуализации наноструктуры материалов они получили возможность в мельчайших деталях рассмотреть искажения, происходящие внутри кристаллов, на трехмерных моделях. Удивительные видеоролики позволили засечь вибрации, повторяющиеся каждые 90 пикосекунд (одна пикосекунда равна триллионной доле секунды). На изображениях области сжатия и расширения отображаются соответственно синим и красным цветом.
«Это абсолютно удивительно, что мы смогли сделать снимки этих движений на наноуровне и снять эти процессы на видео. Эта информация является ключевой для понимания реакции материалов на возмущение», – сообщает Кларк.
