Нанокристалл со скоростью съёмки миллиард кадров в секунду

Лондонский Центр нанотехнологий снял видеозапись нанометрового кристалла золота со скоростью один миллиард кадров в секунду — впервые в мире получив уникальную картину движения электронов. Для сравнения, типичный бросок бейсбольного мяча, снятый на такой скорости – против обычной скорости в несколько тысяч кадров в секунду – потребовал бы на свой просмотр 16 лет.

Изображение электронной активности в золоте даст учёным лучшее понимание поведения этого металла в экзотических условиях и может пригодиться при адаптации его частиц к новым технологиям.

Для того, чтобы сделать эту запись, экспериментаторы облучили золото импульсами инфракрасного света, которые повысили температуру атомов. В результате, электроны начали «звенеть как колокольчики», как выразился ведущий автор статьи, посвящённой этому эксперименту из Университетского колледжа, Джесси Кларк.

Затем команда исследователей использовала рентгеновский лазер, чтобы подсветить вибрирующие электроны. Рентгеновские лучи в данном случае сработали как вспышка на камере, подсветив и «заморозив» всё движение атомов на любом отдельном снимке, оставляя движущимися только электроны.

Проводя видеозапись этих вибраций, учёные смогли сделать несколько важных наблюдений. Во-первых, к их собственному удивлению, оказалось, что вибрации происходят со сверхзвуковой скоростью – намного быстрее, чем ожидалось. Из-за этой высокой скорости кажется, будто движение начинается повсеместно и одновременно, но это некоторым образом иллюзия – подобно тому, как звуковой удар истребителя кажется движущимся позади самолёта. Чтобы объяснить эти быстрые колебания, учёные решили считать, что инфракрасный свет должен передаваться через электроны, окружающие атомы золота. Другие теории предполагают, что энергия может передаваться как через электроны, так и через ядра атомов, но это, по-видимому, не соответствует реальности.

Команда использовала золото, потому что оно является стабильным элементом и, как правило, «хорошо себя ведёт», по словам Кларка, в подобных экспериментах, практически не взаимодействуя с окружающими веществами.

Исследователи сделали трёхмерное видео из полученных снимков, которое демонстрирует подробные детали этих вибраций, и создано в масштабе пикосекунд (миллионных миллионной доли секунды – это настолько малый интервал, что даже свет за это время переместился бы меньше чем на миллиметр). Видео можно посмотреть по ссылке http://www.eurekalert.org/multimedia/pub/56840.php

Статья, посвящённая этой работе, скоро появится в журнале «Science».