Gerakan elektronik di dalam atom – satu juta triliun kecepatan rana per detik

Ilustrasi artistik dari tes. Penundaan yang melekat pada emisi dua jenis elektron mengarah ke lingkaran karakteristik dalam data yang dianalisis. Pada prinsipnya, posisi data individu di sekitar elips dapat dibaca sebagai jarum jam untuk mengekspresikan waktu yang tepat dari proses diametris. Kredit: Daniel Haynes / J র্গ rg Harmes

Para ilmuwan telah secara dramatis meningkatkan resolusi laser elektron bebas yang dapat dicapai dengan teknik baru.

Laser elektron bebas sinar-X keras (XFEL) telah menghasilkan gelombang sinar-X ultrashort yang intens selama lebih dari satu dekade. Salah satu aplikasi XFEL yang paling menjanjikan adalah di bidang biologi, di mana para peneliti dapat menangkap gambar pada skala atom sebelum menghancurkan sampel kerusakan radiasi. Dalam fisika dan kimia, sinar-X ini dapat menjelaskan proses tercepat yang terjadi di alam dengan kecepatan rana hanya satu femtosecond – setara dengan sepermiliar dari sepersejuta detik.

Namun, dalam skala waktu terkecil ini, sangat sulit untuk menyinkronkan pulsa sinar-X yang menghasilkan respons ke sampel di satu sisi dan pulsa laser di sisi lain yang ‘diamati’. Masalah ini disebut jitter waktu dan merupakan hambatan besar dalam upaya terus-menerus untuk mengoreksi waktu percobaan dengan resolusi jangka pendek di XFEL.

Sekarang, ada tim peneliti internasional yang besar yang melibatkan kolaborator dari MPSD dan Rancangan Di Hamburg, Institut Paul Cherer di Swiss dan lembaga lain di tujuh negara telah mengembangkan metode untuk memecahkan masalah ini di XFEL dan menunjukkan efektivitasnya dengan mengukur proses peluruhan dasar gas neon. Pekerjaan telah diterbitkan Fisika Alam.

Banyak sistem biologis – dan beberapa sistem non-biologis – rusak saat distimulasi oleh pulsa sinar-X dari XFEL. Salah satu penyebab terjadinya erosi adalah proses erosi auger. Sinar-X menghilangkan fotoelektron dari sampel pulsa, menyebabkan elektron di kulit terluar tergantikan. Saat elektron eksternal ini rileks, mereka melepaskan energi yang kemudian dapat dipancarkan oleh elektron lain, yang dikenal sebagai elektron auger. Sinar-X yang intens dan emisi elektron agar-agar yang konstan menghasilkan kerusakan radiasi, yang dapat menyebabkan sampel menyusut dengan cepat. Waktu peluruhan ini membantu menghindari kerusakan radiasi dalam penelitian yang mempelajari molekul berbeda. Selain itu, korosi auger adalah parameter kunci dalam studi keadaan materi eksternal yang sangat tereksitasi, yang hanya dapat diselidiki di XFEL.

Biasanya, jitter waktu tidak termasuk studi yang dikoreksi waktu dari proses yang singkat dalam XFEL. Untuk mengatasi masalah yang ditakuti, tim peneliti membuat pendekatan perintis yang sangat tepat dan menggunakannya untuk memetakan erosi auger. Strategi, oleskan Pemukulan detik otomatis yang direferensikan sendiri, Didasarkan pada pemetaan elektron ke ribuan gambar dan memotongnya saat dipancarkan berdasarkan tren global dalam data. Christopher Behrens, rekan penulis penelitian Flash, berkata, “Sangat menarik untuk melihat bagaimana pembesaran strategi kami untuk menentukan sifat pulsa sinar-X dalam laser elektron bebas menemukan aplikasi baru dalam eksperimen yang sangat ilmiah,” kata Photon Research Group di DESY.

Untuk aplikasi pertama dari metode mereka, tim menggunakan gas neon, di mana waktu erosi ditentukan di masa lalu. Setelah memaparkan fotoelektron dan elektron agar-agar ke pulsa laser ‘mencolok’ eksternal, para peneliti menentukan energi kinetik akhir mereka dalam ribuan pengukuran individu. Serius, dalam setiap pengukuran, elektron auger selalu melakukan kontak dengan denyut laser yang mencolok sedikit lebih lambat dari elektron foto yang pertama kali ditransfer, karena mereka dipancarkan kemudian. Komponen konstan ini membentuk dasar dari strategi, menggabungkan banyak pengamatan bentuk individu, dan tim dapat memetakan proses fisik rinci dan kemudian menentukan jeda waktu karakteristik antara emisi foto dan auger.

Penulis naskah Dan Haynes, seorang mahasiswa doktoral di MPSD, mengatakan: “Pemogokan dengan referensi sendiri memungkinkan kami mengukur penundaan antara ionisasi sinar-X dan emisi auger untuk secara akurat menentukan sub-femtosekon gas Mimba, meskipun ada saatnya batas tes. “Ini seperti mencoba melihat gambar akhir perlombaan saat penutup kamera dapat diaktifkan kapan saja dalam sepuluh detik terakhir.”

Selain itu, pengukuran membuktikan bahwa fotononisasi dan relaksasi berikutnya serta erosi auger harus dianggap sebagai proses integrasi tunggal daripada proses dua langkah dalam deskripsi teoritis erosi auger. Dalam studi waktu-teratasi sebelumnya, erosi dimodelkan dalam metode semi-kaca.

Namun, model ini ditemukan tidak memadai dalam kondisi yang biasa ditemukan dalam pengukuran ini di LCLS dan XFEL. Sebaliknya, ahli teori kolaborasi spiritual Andre Kazanski dan Nicole Kabachnik dalam proyek tersebut menerapkan model kuantum-mekanis lengkap untuk menentukan umur peluruhan auger dasar dari pengamatan eksperimental antara ionisasi dan emisi auger.

Para peneliti berharap kelebihan self-referenced striking akan berdampak lebih luas pada sains. Pada dasarnya, teknik ini memungkinkan spektroskopi mencolok atosecond tradisional, yang sebelumnya terbatas pada sumber meja, yang dapat diperluas ke XFEL di seluruh dunia saat mereka bergerak lebih dekat ke perbatasan kedua. Dengan demikian, pemogokan yang direferensikan sendiri dapat membantu kelas pengujian baru tanpa mengorbankan resolusi waktu untuk mendapatkan keuntungan dari fleksibilitas dan intensitas ekstrem XFEL.

Referensi: DC Haynes, m. Werger, a. Schlatter, a. Al-Hadad, c. Blaga, c. Bostett, J. Bozek, H. Bromberger, M. Butcher, a. “Clocking Python Electron” oleh Camper, S. Caron, r. Kopi, Jetty Costello, LF Dimro, Y Ding, K. Ferguson, saya. Gragura, Wm. Helm, MC Hoffman, m. Ilchen, S. Jalas, NM Kabachnik, AK Kazansky, R. Keinberger, AR Meyer, T. Maxwell, t. Maza, m. Mayer, H. Park, J. Robinson, C.Rodriguez, H. Schlarb, R. Singla, F. Telecamp, PA Walker, K. Zhang, G.Dummy, C.Berens dan AL Cavalry, 18 Januari 2021, Fisika Alam.
DOI: 10.1038 / s41567-020-01111-0

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Menyelidiki lebih dalam tentang asal usul sinar kosmik dengan gerakan Brown geometris

Representasi skema sinar kosmik yang merambat melalui awan magnetik. Kredit: Salvatore Buonocore Model simulasi menyediakan langkah pertama dalam mengembangkan algoritma untuk meningkatkan metode deteksi. Sinar...

Penyerapan elektron terpisah yang ditangkap dalam film

Film menangkap gambar penangkapan elektron terpisah. Kredit: Javier Marmolejo Para peneliti di Universitas Gothenburg telah mengamati penyerapan satu elektron oleh tetesan melayang dengan amplitudo...

Perlindungan probiotik? Bakteri Usus Ditemukan Melindungi Usus Terhadap Virus COVID-19

Para peneliti dari Universitas Yonsei di Korea Selatan telah menemukan bahwa bakteri tertentu yang hidup di usus manusia mengeluarkan obat yang menghambat SARS-CoV-2. ...

Menggali sejarah populasi Neanderthal menggunakan DNA nuklir purba dari sedimen gua

Galeri patung gua di Spanyol utara. Penulis: Javier Trueba - film sains Madrid DNA mitokondria manusia purba telah diekstraksi dari deposit gua, tetapi nilainya...

Sakelar Semikonduktor Berpanduan Laser untuk Komunikasi Generasi Selanjutnya

Insinyur Laboratorium Nasional Lawrence Livermore telah menemukan jenis baru sakelar semikonduktor yang digerakkan oleh laser yang secara teoritis dapat mencapai kecepatan lebih tinggi pada...

Newsletter

Subscribe to stay updated.