Guld nanokrystal vibration fanget på milliard-billeder-per-sekund film (m/ video)

En bilon-frames-per-second-film har for første gang fanget vibrationerne fra guld-nanokrystaller med fantastiske detaljer.

Filmen, som blev lavet ved hjælp af 3D-billeddannelse, som var banebrydende ved London Centre for Nanotechnology (LCN) ved UCL, afslører vigtige oplysninger om sammensætningen af ​​guld. Resultaterne er offentliggjort i tidsskriftet Videnskab .

Jesse Clark, fra LCN og hovedforfatter af papiret sagde:"Ligesom lydkvaliteten af ​​et musikinstrument kan give mange detaljer om dets konstruktion, så også kan vibrationerne i materialer give vigtige oplysninger om deres sammensætning og funktioner."

"Det er helt fantastisk, at vi er i stand til at fange snapshots af disse bevægelser i nanoskala og skabe film af disse processer. Denne information er afgørende for at forstå materialernes reaktion efter forstyrrelse."

Forskere fandt ud af, at vibrationerne var usædvanlige, fordi de starter på nøjagtig samme tidspunkt overalt inde i krystallen. Det var tidligere forventet, at virkningerne af excitationen ville bevæge sig hen over guldnanokrystallen med lydens hastighed, men de viste sig at være meget hurtigere, dvs. supersonisk.

De nye billeder understøtter teoretiske modeller for lysinteraktion med metaller, hvor energi først overføres til elektroner, som er i stand til at kortslutte atomernes meget langsommere bevægelse.

Holdet udførte eksperimenterne på SLAC National Accelerator Laboratory ved hjælp af en revolutionerende røntgenlaser kaldet "Linac Coherent Light Source". Røntgenstrålernes pulser er ekstremt korte (målt i femtosekunder, eller kvadrilliontedele af et sekund), hvilket betyder, at de er i stand til at fryse al bevægelse af atomerne i enhver prøve, efterlader kun elektronerne i bevægelse.

Imidlertid, røntgenimpulserne er intense nok til, at holdet var i stand til at tage enkelte snapshots af vibrationerne fra de guldnanokrystaller, de undersøgte. Vibrationen blev startet med en kort puls af infrarødt lys.

Vibrationerne blev afbildet kort tid senere i 3D ved hjælp af de kohærente diffraktionsbilleddannelsesmetoder, der var banebrydende i LCN af Robinson-gruppen. 3D-filmene afslører i udsøgte detaljer de forvrængninger, der finder sted i nanokrystallen, med de hurtigste vibrationer, der gentages hvert 90. picosekund.

Professor Robinson, også fra LCN og gruppelederen, sagde:"Dette arbejde repræsenterer et imponerende eksempel på teamwork af omkring hundrede mennesker hos SLAC. SLAC lineære accelerator blev bygget i 1957 som direkte reaktion på nyheden om Sputnik.

"Efter overbevisende 50 års sensationel højenergifysik, denne maskine er blevet genmonteret som en laser ved tilføjelse af en 100 m lang række af magneter. Denne 3 km store maskine producerer en stråle, der er fokuseret på en krystal mindre end en mikron i en puls så kort, at al bevægelse af dens atomer stadig er frosset."