Az intenzív lézerek új megvilágításba helyezik a folyadékok elektrondinamikáját

28. szeptember 2023. (Nanowerk News) A folyadékokban az elektronok viselkedése meghatározza a kémiai folyamatok széles körét, és így az élőlényekben és a világ egészében alapvető folyamatokat. Az elektronmozgásokat azonban rendkívül nehéz megragadni, mert attoszekundumokon belül zajlanak le: a másodperc kvintilliomod birodalmában. Mivel a fejlett lézerek ma már ilyen időskálán működnek, számos technikával bepillantást tudnak nyújtani a tudósokba ezekbe az ultragyors folyamatokba. A hamburgi Max Planck Anyagszerkezeti és Dinamikai Intézet (MPSD) és az ETH Zürich kutatóiból álló nemzetközi kutatócsoport most bebizonyította, hogy lehetséges folyadékok elektrondinamikájának szondája intenzív lézermezők használatával, és az elektronközép szabad út visszakeresésére. – az átlagos távolság, amelyet egy elektron megtehet, mielőtt egy másik részecskével ütközne. Azt találták, hogy az a mechanizmus, amellyel a folyadékok egy bizonyos fényspektrumot bocsátanak ki, amelyet magas harmonikus spektrumként ismerünk, jelentősen eltér az anyag más fázisaiban, például gázokban és szilárd anyagokban alkalmazott mechanizmustól. A csapat eredményei megnyitják az ajtót a folyadékok ultragyors dinamikájának mélyebb megértéséhez. Az intenzív lézermezők használata nagyenergiájú fotonok generálására (HHG) egy széles körben elterjedt technika, amelyet rutinszerűen alkalmaznak a tudomány számos különböző területén, például az anyagok elektronikus mozgásának vizsgálatára vagy a kémiai reakciók időben történő nyomon követésére. A HHG-t széles körben tanulmányozták gázokban és újabban kristályokban, de a folyadékokban ez a jelenség ma már sokkal kevésbé ismert. Egy intenzív lézerimpulzus (pirossal) vízmolekulák áramlását éri, ami a folyadékban lévő elektronok ultragyors dinamikáját idézi elő. (Kép: Joerg M. Harms / MPSD) Most a svájci-német kutatócsoport számol be Természetfizika(„A folyadékok alacsony energiájú elektronszórási dinamikájának nagy harmonikus spektroszkópiája”) hogyan mutatta be a folyadékok egyedi viselkedését intenzív lézerrel történő besugárzás esetén. Egyelőre szinte semmit sem tudunk ezekről a folyadékokban zajló, fény által kiváltott folyamatokról – ez éles ellentétben áll a közelmúltban elért tudományos eredményekkel, amelyek különösen a szilárd anyagok besugárzás alatti viselkedését vizsgálják. Ezért az ETH Zürich kísérleti csoportja egy egyedülálló berendezést fejlesztett ki a folyadékok intenzív lézerekkel való kölcsönhatásának specifikus tanulmányozására. A kutatók olyan jellegzetes viselkedést fedeztek fel, amelyben a folyadékokban a HHG-n keresztül nyert maximális fotonenergia független a lézer hullámhosszától. Tehát melyik tényező felelős ezért a felső határért? Ez az a kérdés, amelyet az MPSD elméleti csoport megválaszol. A legfontosabb, hogy a hamburgi kutatók olyan összefüggést azonosítottak, amelyet eddig nem sikerült feltárni. "Az a távolság, amelyet egy elektron megtehet a folyadékban, mielőtt egy másik részecskével ütközne, az a döntő tényező, amely korlátozza a fotonenergiát" - mondta Nicolas Tancogne-Dejean, az MPSD kutatója, a tanulmány társszerzője. „Ezt a mennyiséget – úgynevezett effektív elektronközép szabad út – tudtuk lekérni a kísérleti adatokból egy speciálisan kifejlesztett analitikai modellnek köszönhetően, amely figyelembe veszi az elektronok szóródását.” A folyadékokban található HHG vizsgálata során elért kísérleti és elméleti eredmények kombinálásával a tudósok nemcsak a maximális fotoenergiát meghatározó kulcstényezőt határozták meg, hanem elvégezték az első folyadékokban végzett nagyharmonikus spektroszkópiai kísérletet is. Alacsony kinetikus energiánál a régió kísérletileg szondázott ebben a vizsgálatban, az elektronok effektív átlagos szabad útja nagyon nehezen mérhető. Ezért az ETZ Zurich / MPSD csapatának munkája a HHG-t egy új spektroszkópiai eszközként határozza meg a folyadékok tanulmányozására, és ezért fontos lépcsőfok a folyadékokban lévő elektronok dinamikájának megértésében.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63735.php