Вчені вдалося захопити ударні хвилі, що пропагують в алмазному кристалі

Виявляється, що екстремальні удари можуть викликати ударні хвилі, які пропагують всередині кристала одного з найважчих і найміцніших матеріалів світу – діаманту. І вчені з німецької науково-дослідної організації Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) вдалося захопити процес поширення таких ударних хвиль за допомогою ультракоротких імпульсів рентгенівського випромінювання. Ці надзвичайно яскраві і короткі спалахи рентгенівських променів дозволили науковцям відстежувати всі динамічні зміни в алмазному кристалі, що відбуваються під час ударної хвилі. Крім того, отримана послідовність зображень мала надзвичайно високу часову і просторову роздільну здатність. «Наш експеримент відкриває двері до абсолютно нового наукового поля», – розповідає доктор Андреас Шроп, який працював у групі, на чолі з професором Крістіаном Шроєром, «Ми використовували швидкісну рентгенографію для визначення кількісних змін місцевих властивостей кристала та динамічних змін структури речовини під впливом екстремальних впливів. й

Дослідники використовували найсвіжіші рентгенівські лазери світу, LCLS Linac Coherent Light Source, в лабораторії лазерного прискорювача SLAC. Вчені встановили алмазну смугу, довжиною 3 сантиметри і товщиною 0,3 міліметрів в спеціальному тримачу. Поразкова хвиля була ініційована в діаманті коротким спалахом інфрачервоного лазера, який фокусується на тонкому обличчі кристала. Імпульс тривав тільки 150 піосекунд і містив потужність 12 трильйонних ват на квадратний сантиметр. Отримана ударна хвиля пропущена через алмазний кристал, що рухається на швидкості 72 тис. кілометрів на годину.

«Щоб отримати зображення таких швидких процесів вимагає використання джерела надзвичайно коротких періодів часу», пояснює доктор Шроп, «Цей джерело був LCLS рентгенівський лазер, імпульс якого має тривалість лише 50 femtoсекунд, що дозволяє захопити навіть найшвидші рухи. Використання мікроскопії рентгенівського випромінювання дозволило отримати роздільну здатність близько 500 нанометрів на піксель.

Однак кожен лазерний "знімок" повністю знищує тестовий матеріал зразка. Отже, нам довелося повторити експеримент з ідентичними зразками, зробивши одну кадру зображення в часі. І в результаті ми зібралися з зображень повний відео, що показує процес ударної хвилі, що проходить через алмазний кристал. й

За допомогою отриманого відео вчені змогли визначити кількісні зміни щільності матеріалу під час проходження ударної хвилі. Аналіз показав, що ударні хвилі компреси алмазні приблизно на 10 відсотків, а така деформація не може витримати навіть найнадійніший матеріал у світі.

«Для того, що діамант має багато відмінних фізичних властивостей, це дуже корисний матеріал, як в деяких дослідженнях, так і з технологічної точки зору», – каже професор Джером Хатс (Prof. Jerome Hastings) з лабораторії SLAC, «і подальше вивчення властивостей цього матеріалу значно розширить сфери його застосування. й

Вчені очікують, що поліпшення рентгенівських лазерів і оптимізації використовуваних датчиків дозволить їм надалі збільшити просторову роздільну здатність до 100 нанометрів на піксель. Це буде можливо після введення нового європейського рентгенівського лазера XFEL, який в даний час перебуває під будівництвом. Завдяки первазивній природі рентгенівських променів ця технологія може використовуватися для вивчення будь-якого твердого матеріалу, включаючи метали.

«Таким чином метод дослідження може мати велику справу нової галузі науки з використанням матеріалів. І, як ви знаєте, це наука визначає багато, які ми входимо в контакт з буквально щодня. Імовірно, хоча це не буде настільки помітним, що методи, розроблені нами, можуть вплинути на наше життя в майбутньому, укладений д-р Шроп.



P.S. І пам'ятайте, що просто змініть наше споживання – разом ми змінюємо світ!

Джерело: www.dailytechinfo.org