Вченим вперше вдалося зняти процес коливань наночастинок на відео з частотою мільярд кадрів в секунду
Вперше в історії науки і наукових досліджень вченим вдалося зняти процес коливань золотих наночастинок на відео, а частота цієї зйомки, що дорівнює приблизно одному мільярду кадрів в секунду, дозволила вченим вивчити коливальні процеси у всіх найдрібніших подробицях. Це відео було створене вченими з лондонського Центру нанотехнологій (London Centre for Nanotechnology, LCN) з тривимірних зображень, синтезованих на основі даних, отриманих з допомогою надкоротких імпульсів рентгенівського випромінювання, що виробляються рентгенівським лазером Linac Coherent Light Source, який свого часу використовували і для проведення інших високошвидкісних зйомок.
Джессі Кларк (Jesse Clark), вчений з центру LCN і один з авторів статті, опублікованій в журналі Science, розповіла: "Як форма звукових коливань, що визначають якість звучання музичного інструменту, може багато сказати про конструкції цього інструменту, так і коливання золотих нанокристалів можуть пролити світло на особливості цього матеріалу і на його внутрішню будову. Інформація про коливальних процесах вкрай важлива для розуміння реакцій різних матеріалів на деякі види зовнішніх впливів".
Аналізуючи отримані відео коливальних процесів, вчені виявили незвичайну природу цих коливань. Коливальний процес виникав відразу всюди, у всьому об'ємі кристала. Це спростувало існувала раніше думка, що порушення від зовнішнього впливу поширюється через матеріал поступово, рухаючись від точки впливу на всі боки зі швидкістю звуку. Але, як показали експерименти, все відбувається настільки швидко, що це навіть не можна помітити за одну мільярдну частину секунди.
Отримані вченими тривимірні знімки коливальних процесів достатньо точно відповідають теоретичним моделям взаємодії світла з різними металами, коли енергія фотонів світла передається швидко рухомих електронів, які потім можуть вплинути на набагато більш повільний рух атомів матеріалу.
Команда вчених виконувала свої експерименти в Національній лабораторії лінійних прискорювачів SLAC Срэндфордского університету. В якості знімального апарату" виступав надшвидкісний рентгенівський лазер Linac Coherent Light Source. Імпульси рентгенівського випромінювання, що виробляються цим лазером, мали тривалість в декілька фемтосекунд, що дозволяло відстежити рух електронів матеріалу, "заморозивши" при цьому більш повільний рух атомів.
Однак імпульси рентгенівського випромінювання були достатньо інтенсивні для того, щоб з їх допомогою вчені змогли отримати набір одиночних знімків, на яких відображалася вся послідовність коливального процесу. А сам коливальний процес золотий наночастинки ініціювалось за допомогою короткого імпульсу інфрачервоного світла, що виробляється іншим лазером.
Отримана послідовність знімків коливань потім, з допомогою дифракційного методу, була перетворена в послідовність тривимірних зображень з яких і було створено відео коливального процесу. На цьому відео видно коливання в межах кристала наночастинки, період яких складає 90 пікосекунд. А деякі частини вищезгаданого відео можна побачити за цим і цією адресою.