Коллектив Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США завершили масштабную модернизацию первого в мире жесткого рентгеновского лазера на свободных электронах (XFEL), источника когерентного рентгеновского излучения Linac (LCLS).
Как только установку полностью введут в эксплуатацию, луч будет в среднем в 10 000 раз ярче и производить в 8 000 раз больше импульсов в секунду, чем до модернизации, то есть до миллиона импульсов в секунду. Это позволит получить новые фундаментальные знания в области материаловедения, физике, химии и биологии.
Однако модернизации самого лазера недостаточно. Для передовых научных исследований необходимы такие же передовые научные инструменты.
Одно из направлений будущей работы - исследование свойств материала путём перевода электронов атомов вещества в возбуждённое состояние, то есть на более высокий энергетический уровень. Когда электроны возвращаются на исходные позиции, они излучают обратно. Путь этот не такой, как при облучении рентгеном, он может быть в несколько стадий, и каждая сопровождается излучением фотонов. Изучая это излучение, можно получить ответы на многие вопросы о структуре и свойствах материала. Однако для проведения подобных экспериментов, необходимо рассеять рентгеновские импульсы на материале. Для этого в LCLS установили два новых прибора: chemRIXS и qRIXS, которые реализуют метод, называемый резонансным неупругим рассеянием рентгеновских лучей (RIXS).
«RIXS — это технология, которая развивалась довольно быстро», — сказал Георгий Даковски, ведущий научный сотрудник SLAC по этим инструментам. «Она способна сообщить нам много полезной информации о поведении материалов, которую невозможно получить никаким другим методом». Оборудование пригодится для изучения таких молекул, как фотосистема II (PS-II), ключевой белковый комплекс растений, водорослей и цианобактерий, который расщепляет воду, производя кислород, которым мы дышим.
Этот же инструмент можно использовать для исследования свойств квантовых материалов, которые приводят к сверхпроводимости при комнатной температуре и другим явлениям. Особый интерес представляют купраты, материалы на основе меди, которые обладают сверхпроводимостью при неожиданно высоких температурах. Причины таких удивительных свойств до конца всё ещё не известны, однако недавние исследования подчеркнули роль волн зарядовой плотности — статических полос с более высокой и более низкой плотностью электронов, проходящих через материал. С помощью RIXS учёные смогут детально изучить эти состояния, что позволит по-новому взглянуть на широко обсуждаемые механизмы высокотемпературной сверхпроводимости.
Другой прибор способен заглянуть внутрь химических процессов на уровне отдельных электронов. Прибор для атомных, молекулярных и оптических исследований с временным разрешением (The Time-resolved Atomic, Molecular and Optical Science instrument, TMO) даёт учёным способ измерения ультракоротких рентгеновских импульсов, длительность которых составляет всего несколько сотен аттосекунд (миллиардных долей секунды). Такие возможности позволяют получить представление о движении молекул и обмене электронами между ними, что играет центральную роль во многих плохо изученных на квантовом уровне важных процессах: фотосинтез, катализ, а также образование и разрыв химических связей.
-------------------------------------
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, реакциями и комментариями, а также подписавшись на наши страницы на других площадках и на сервисе поддержки авторов Бусти. Ссылки найдёте в описании канала. Заранее спасибо!
