Ученым впервые удалось снять процесс колебаний наночастиц на видео с частотой миллиард кадров в секунд

Впервые в истории науки и научных исследований ученым удалось снять процесс колебаний золотых наночастиц на видео, а частота этой съемки, равная приблизительно одному миллиарду кадров в секунду, позволила ученым изучить колебательные процессы во всех мельчайших подробностях. Это видео было создано учеными из лондонского Центра нанотехнологий (London Centre for Nanotechnology, LCN) из трехмерных изображений, синтезированных на основе данных, полученных с помощью сверхкоротких импульсов рентгеновского излучения, вырабатываемых рентгеновским лазером Linac Coherent Light Source, который в свое время использовался и для проведения других высокоскоростных съемок.

Джесси Кларк (Jesse Clark), ученая из центра LCN и один из авторов статьи, опубликованной в журнале Science, рассказала: "Как форма звуковых колебаний, определяющих качество звучания музыкального инструмента, может сказать многое об конструкции этого инструмента, так и колебания золотых нанокристаллов могут пролить свет на особенности этого материала и на его внутренне строение. Информация о колебательных процессах крайне важна для понимания реакций различных материалов на некоторые виды внешних воздействий".

Анализируя полученные видео колебательных процессов, ученые обнаружили необычную природу этих колебаний. Колебательный процесс возникал сразу повсюду, во всем объеме кристалла. Это опровергло бытовавшее ранее мнение, что возбуждение от внешнего воздействия распространяется через материал постепенно, двигаясь от точки воздействия во все стороны со скоростью звука. Но, как показали эксперименты, все происходит настолько быстро, что это даже нельзя заметить за одну миллиардную часть секунды.

Полученные учеными трехмерные снимки колебательных процессов достаточно точно соответствуют теоретическим моделям взаимодействия света с различными металлами, когда энергия фотонов света передается быстро движущимся электронам, которые затем могут повлиять на намного более медленное движение атомов материала.

Команда ученых выполняла свои эксперименты в Национальной лаборатории линейных ускорителей SLAC Срэндфордского университета. В качестве "съемочного аппарата" выступал сверхскоростной рентгеновский лазер Linac Coherent Light Source. Импульсы рентгеновского излучения, вырабатываемые этим лазером, имели длительность в несколько фемтосекунд, что позволяло отследить движение электронов материала, "заморозив" при этом более медленное движение атомов.

Однако импульсы рентгеновского излучения были достаточно интенсивны для того, чтобы с их помощью ученые смогли получить набор одиночных снимков, на которых отображалась вся последовательность колебательного процесса. А сам колебательный процесс золотой наночастицы инициировался с помощью короткого импульса инфракрасного света, вырабатываемого другим лазером.

Полученная последовательность снимков колебаний затем, с помощью дифракционного метода, была преобразована в последовательность трехмерных изображений из которых и было создано видео колебательного процесса. На этом видео видны колебания в пределах кристалла наночастицы, период которых составляет 90 пикосекунд.

Источники: Источник, Видео