Güçlü x-ışını darbelerinin, bir malzemenin elektronik yapısını femtosaniye zaman ölçeklerinde değiştirebildiği ve bunun da ışık-madde etkileşimlerinin daha iyi görüntülenmesine yol açabileceği bulundu.
Çığır açan x-ışını serbest elektron lazeri (XFEL) ile ışık-madde etkileşimlerini keşfetmek hiç bu kadar kolay olmamıştı.
Bu cihaz, bir malzemenin atomlarının hızlı bir dizi fotoğrafını çekmek için hızla ateşlenen yüksek enerjili radyasyon darbeleri kullanır ve örneklere zarar vermeden atomik hareketlerin hassas, üç boyutlu görselleştirilmesine olanak tanır.
Bununla birlikte, bir XFEL’den gelen güçlü radyasyon, bir malzemenin atomik ve elektronik düzenini değiştirerek bir katının yapısını belirlemeyi zorlaştırabilir.
Japonya’daki RIKEN’den Ichiro Inoue ve meslektaşları tarafından bir XFEL’den gelen darbelerin, açığa çıkarmayı amaçladıkları kristal yapıları ne zaman ve nasıl değiştirdiği belirlendi. Sonuçlar, teknolojik kısıtlamaların ele alınmasına yardımcı olabilir ve sonraki XFEL görüntülemelerinde hassasiyeti artırmak için uygulanabilir.
XFEL çalışmaları sırasında x-ışını darbelerinin bir malzemenin atomları tarafından kırınımı, malzemenin atomik yapısı hakkında bilgi sağlar. Inoue ve arkadaşları, silikon nanokristal tabakaları ölçerken XFEL ışınlarının tepe x-ışını yoğunluğunu değiştirdiler.
Araştırmacılar, daha düşük yoğunluklu x-ışınlarının kırınımına kıyasla, 1019 W/cm2 ve üzeri XFEL yoğunlukları için ölçülen kırınım yoğunluğunun %50’nin üzerinde düştüğünü buldular.
XFEL ışınının neden olduğu atom yer değiştirmeleri, x-ışını darbelerinin son derece kısa olması nedeniyle durduruldu. Sonuç olarak ekip, malzemenin elektriksel yapısındaki kaymayı kırınım yoğunluğundaki düşüşle ilişkilendirebildi. Hem ilişki hem de kırınım yoğunluğu düşüşü için XFEL yoğunluk eşiği simülasyonlarla doğrulandı. Hesaplamalara göre, kırınım verimliliğindeki düşüş büyük olasılıkla iç kabuk elektronlarını büyük ölçüde uyaran güçlü iyonize atomların üretiminin bir sonucudur.
Kaynak: physics aps org
