Международная группа исследователей из Гамбургского университета совершила важное открытие в области аттосекундной физики (10-18 секунды), которая в 2023 году была отмечена Нобелевской премией по физике. Учёные обнаружили ранее неизвестное явление, позволяющее значительно улучшить качество и детализацию рентгеновских дифракционных изображений.
В ходе экспериментов на мощном рентгеновском лазере на свободных электронах (FEL) в Национальной лаборатории SLAC в Калифорнии, исследователи изучали взаимодействие сверхкоротких импульсов с наночастицами. Они обнаружили временные ионные резонансы, которые существенно усиливают яркость получаемых изображений. Эти кратковременные резонансы возникают при использовании более коротких лазерных импульсов FEL, чем те, что применяются в большинстве современных экспериментов.
«Мы были озадачены неожиданно сильными сигналами рентгеновской дифракции во время наших экспериментов на линейном когерентном источнике света (LCLS)», – рассказывает Таис Горховер, один из ведущих авторов исследования из Университета Гамбурга и исследователь Кластера передового опыта CUI: Advanced Imaging of Matter.
Традиционно считалось, что при воздействии интенсивных рентгеновских импульсов на вещество электроны, основные участники рентгеновской дифракции, удаляются через ионизацию, оставляя ионы, которые менее эффективно рассеивают рентгеновские лучи. Однако новое исследование показало, что при использовании чрезвычайно коротких и специально настроенных импульсов FEL, эти ионы могут увеличить эффективность дифракции на несколько порядков.
Штефан Кушель, первый автор исследования, поясняет: «Это открытие предлагает новый подход к усилению как яркости, так и разрешения рентгеновской дифракционной визуализации. Данная техника открывает путь к наблюдению сверхбыстрых процессов, таких как химические реакции и каталитические преобразования, в их естественной среде с замечательным временным разрешением».
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications и подчёркивают важность расширения технологических границ в рентгеновской визуализации для раскрытия невидимой динамики материи. Это открытие обещает существенный прогресс в таких областях, как химия, материаловедение и нанотехнологии, приближая учёных к конечной цели – наблюдению за движением отдельных атомов.