Устройство для изучения внутренней динамики материи разработали в DESY

Компактную электронную камеру, с помощью которой можно фиксировать внутреннюю сверхбыструю динамику материи, разработали ученые из DESY, 11 августа сообщает журнал Ultrafast Science.

Система стреляет короткими пучками электронов в образец, чтобы сделать снимки его текущей внутренней структуры. Это первый такой электронный дифрактометр, который использует терагерцовое излучение для сжатия импульсов.

На дифракции электронов основан один из способов исследования внутренней структуры материи. Однако он не отображает структуру напрямую. По картине дифракции отраженных или рассеянных электронов, записанной на детекторе, можно рассчитать внутреннюю структуру решетки твердого тела. Для обнаружения динамических изменений в этой внутренней структуре необходимо использовать короткие сгустки достаточно энергетичных электронов.

«Чем короче импульс, тем быстрее время экспозиции. Как правило, для сверхбыстрой дифракции электронов (UED) используется импульс или время экспозиции около 100 фемтосекунд, что составляет 0,1 триллионной доли секунды», — говорит Дунфан Чжан, профессор Шанхайского университета.

Для подтверждения своего принципа, ученые выпускали пучки примерно по 10 000 электронов каждый в кристалл кремния, который был нагрет коротким лазерным импульсом. Импульс длился около 180 фемтосекунд и было ясно видно, как кристаллическая решетка образца кремния быстро расширяется в течение пикосекунды после попадания лазера в кристалл.

«Поведение кремния в этих условиях очень хорошо известно из предыдущих исследований, и наши измерения идеально соответствуют ожиданиям, подтверждая правильную работу нашего устройства», — говорит Чжан.

По оценкам ученых, при оптимальной настройке электронные импульсы могут быть сжаты до значительно меньших размеров — порядка 100 фемтосекунд.