Atomvägkarta avslöjar ultrahastiga övergångar i kvantmaterial med potential för nya teknologier.

StockholmForskare vid Brookhaven National Laboratory har gjort en viktig upptäckt. De har skapat de första filmerna som visar hur atomer rör sig i ett material när det förändras från en isolator till en metall. Denna studie publicerades i tidskriften Nature Materials och löser en långvarig debatt bland forskare.

Här är huvudpunkterna:

• Ny materialfas upptäckt
• Uppnådd med hjälp av atomparfördelningsfunktion (PDF)-analys
• Använde röntgenfrielektronlaser (XFEL)-anläggningar
• Observerade förändringar på pikosekundsnivå
• Potentiella tillämpningar inom databehandling, kemi och energilagring

PDF-tekniken används ofta i synkrotronljuskällaexperiment. Dessa experiment kan bara vara så snabba som de kortaste röntgenpulserna de kan skapa. Synkrotronkällor är effektiva för att följa förändringar i material över tidsramar från minuter till timmar. Men forskarna siktade på att observera förändringar som sker inom pikosekunder.

För att nå detta mål använde de sig av PDF-tekniken vid Linac Coherent Light Source (LCLS) vid SLAC National Accelerator Laboratory, vilket erbjuder mycket korta och intensiva röntgenpulser. Jack Griffiths, en av medförfattarna till studien, förklarade att detta gör det möjligt att detaljerat fånga snabbrörliga objekt tydligt.

Metoden gjorde det möjligt för teamet att skapa filmer som visar hur atomer rör sig när material ändrar tillstånd. Dessa rörelser kan bidra till utformningen av nya material i framtiden.

Läs också:

Idag · 04:09

Bröstmjölksantikroppar skyddar spädbarn mot maginfektioner

Forskare har upptäckt en ny materialfas under övergångar. De observerade att laserpulser orsakade förändringar på atomnivå, vilket ledde till en "icke-jämvikts" övergång. Denna upptäckt är viktig för områden som datorteknik, där material behöver förbli stabila under olika förhållanden men också kunna byta fas pålitligt när det behövs.

Forskarna använde en laser för att bestråla atomer, vilket orsakade förändringar i hela materialet. Dessa förändringar ledde till ett tillfälligt, oordnat tillstånd som varade en kort stund. Forskarna tror att detta kan innebära att det finns ett stabilt material i närheten som ännu inte har upptäckts.

Forskare från olika institutioner, inklusive Columbia University och Argonne National Laboratory, samarbetade för att framgångsrikt tillämpa denna PDF-teknik vid XFEL-anläggningar. De valde noggrant de bästa strålrören för sina experiment och lyckades nå sina mål genom sina gemensamma insatser.

Denna nya PDF-metod ger oss insikt i hur atomer rör sig och hur material byter fas. Detta kan leda till förbättringar inom material för datorer, supraledare och energilagring. Framtida forskning kommer att utforska olika fasförändringar i olika kvantmaterial.

När LCLS uppgraderas till LCLS-II-HE, förväntar sig teamet att genomföra ännu mer detaljerade studier. Detta kommer att göra tekniken vanlig inom materialvetenskap. Resultaten kommer inte bara att lösa befintliga problem utan även skapa nya möjligheter för forskning och tillämpning.