Исследователи Сибирский федеральный университет совместно со специалистами Федеральный Сибирский научно-клинический центр ФМБА России и научными партнёрами из Швеции представили новую технологию изучения сверхбыстрых процессов на уровне молекул.
Разработка позволяет фиксировать движения электронов, которые происходят за доли триллионной доли секунды, и открывает новые возможности для материаловедения, медицины и энергетики.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Physical Review Research. Проект реализован при поддержке Российский научный фонд.
Как увидеть то, что длится доли секунды
Современные рентгеновские лазеры на свободных электронах (XFEL) позволяют наблюдать процессы на уровне отдельных атомов. Однако фиксировать такие явления напрямую крайне сложно: мощный основной сигнал буквально «перекрывает» более слабые эффекты.
Как пояснил директор Международного научно-исследовательского центра спектроскопии и квантовой химии СФУ Сергей Полютов, такие установки пока остаются уникальными и доступны лишь крупнейшим научным центрам, но их потенциал сопоставим с революцией, которую когда-то совершили оптические лазеры.
Принцип «рентгеновского микрофона»
Вместо того чтобы анализировать основной рентгеновский луч, исследователи предложили изучать вторичное излучение, возникающее при взаимодействии рентгеновских волн с веществом.
По словам аспиранта СФУ Святослав Блинов, принцип метода можно сравнить с анализом эха: иногда отражённый сигнал может рассказать о структуре объекта больше, чем прямое наблюдение.
Новый подход позволяет регистрировать слабое флуоресцентное излучение, которое распространяется под углом к основному лучу. Именно этот сигнал даёт информацию о поведении электронов.
Почему это важно
Как отмечает ведущий научный сотрудник центра Павел Краснов, предложенная технология впервые даёт возможность изучать сверхбыстрые электронные процессы, которые лежат в основе химических реакций и свойств материалов.
Практическое применение таких исследований может быть очень широким:
- создание более ёмких и быстро заряжающихся аккумуляторов;
- разработка лекарств с более точным действием;
- продвижение технологий сверхпроводимости;
- создание новых катализаторов и наноматериалов.
Фактически речь идёт о возможности наблюдать фундаментальные процессы, которые определяют характеристики будущих технологий.
Технология, готовая к применению
Одним из преимуществ нового метода стала возможность его использования уже на существующей научной инфраструктуре. Например, технология может применяться на установке European XFEL, где используется высокоточный спектрометр с разрешением около 15 микрометров.
Как отметил ведущий исследователь Виктор Кимберг, разработка фактически выполняет роль «рентгеновского осциллографа», позволяя фиксировать процессы, которые ранее оставались недоступными для наблюдения.
Учёные считают, что предложенный подход поможет значительно продвинуть исследования в области квантовой химии, физики материалов и биомедицины.
Источник: Indicator.ru