Mapa atomowa ujawnia ultraszybkie przejścia w kluczowych materiałach kwantowych w nowym badaniu naukowym

WarsawNaukowcy z Brookhaven National Laboratory dokonali znaczącego odkrycia. Stworzyli pierwsze filmy ukazujące, jak atomy poruszają się w materiale podczas przejścia z izolatora do przewodnika. Badanie to opublikowano w czasopiśmie Nature Materials, rozwiązując długotrwałą debatę w środowisku naukowym.

Kluczowe punkty to: Odkryto nową fazę materiału przy użyciu analizy funkcji rozkładu par atomowych (PDF). Badania przeprowadzono z wykorzystaniem laserów rentgenowskich na swobodnych elektronach (XFEL). Zaobserwowano zmiany zachodzące w skali czasowej pikosekund. Potencjalne zastosowania obejmują komputery, chemię oraz magazynowanie energii.

Technika PDF jest często stosowana w eksperymentach z wykorzystaniem źródeł synchrotronowego światła. Te eksperymenty mogą być tak szybkie, jak najkrótsze impulsy rentgenowskie, które można stworzyć. Źródła synchrotronowe są skuteczne w śledzeniu zmian w materiałach w przedziałach czasowych od minut do godzin. Jednakże, badacze dążyli do obserwacji zmian zachodzących w ciągu pikosekund.

Aby osiągnąć ten cel, zastosowano technikę PDF w Linac Coherent Light Source (LCLS) w SLAC National Accelerator Laboratory, który dostarcza bardzo krótkie i intensywne impulsy rentgenowskie. Jack Griffiths, jeden z współautorów artykułu, wyjaśnił, że pozwala to na dokładne rejestrowanie szybko poruszających się obiektów.

Metoda ta umożliwiła zespołowi tworzenie filmów przedstawiających ruchy atomów podczas zmiany stanów materiałów. Te przemieszczenia mogą w przyszłości pomóc w projektowaniu nowych materiałów.

Zobacz również:

Dzisiaj · 01:34

DNAN groźniejszy niż TNT: nowe badania ujawniają poważne zagrożenie dla roślin i ekosystemów

Naukowcy odkryli nową fazę materiału podczas przejść. Zaobserwowali, że impulsy laserowe powodowały zmiany na poziomie atomowym, prowadząc do przejścia w stanie "nie-równowagowym". To odkrycie ma istotne znaczenie w dziedzinach takich jak informatyka, gdzie materiały muszą pozostać stabilne w różnych warunkach, ale także niezawodnie zmieniać fazy, gdy jest to wymagane.

Naukowcy wykorzystali laser do uderzenia w atomy, co spowodowało zmiany w całym materiale. Te zmiany wywołały chwilowy, nieuporządkowany stan, który trwał krótko. Badacze uważają, że może to wskazywać na istnienie stabilnego materiału w pobliżu, który jeszcze nie został odkryty.

Naukowcy z różnych instytucji, takich jak Uniwersytet Columbia oraz Argonne National Laboratory, wspólnie pracowali nad tym, aby technika PDF odniosła sukces w XFEL. Dokładnie wybrali najlepsze linie wiązek do swoich eksperymentów i dzięki współpracy osiągnęli zamierzone cele.

Nowa metoda PDF dostarcza informacji o ruchach atomów i zmianach fazowych materiałów. Może to prowadzić do ulepszeń w zakresie materiałów obliczeniowych, nadprzewodników i magazynowania energii. Przyszłe badania będą koncentrować się na różnych zmianach fazowych w różnych materiałach kwantowych.

Wraz z modernizacją LCLS do poziomu LCLS-II-HE, zespół planuje prowadzić jeszcze bardziej szczegółowe badania. To sprawi, że technika ta stanie się powszechna w naukach o materiałach. Odkrycia te nie tylko rozwiążą istniejące problemy, ale również otworzą nowe możliwości dla badań i zastosowań.