科学家成功捕捉出在钻石晶体中传播的冲击波

结果发现,极端撞击可以引起冲击波,在世界上最难和最耐用的材料之一钻石的晶体内传播。 德国研究组织Deutsches Elektronen-Synchrotron(DESY)的科学家利用X射线辐射的超短脉冲捕捉到这种冲击波的传播过程。 这些极其明亮而短暂的X射线闪光使科学家能够追踪到冲击波期间钻石晶体花纹中发生的所有动态变化. 此外,由此产生的图像序列具有极高的时间和空间分辨率。 “我们的实验打开了一个全新的科学领域,”在克里斯蒂安·施罗尔教授领导的小组工作过的Andreas Schropp博士说,“我们利用高速射线摄影来确定晶体局部特性的数量变化和受极端影响的物质结构的动态变化。 “

研究人员在SLAC国家线性加速器实验室使用了世界上最强的X射线激光器"Linac Coherent Light Source LCLS". 研究人员安装了一条钻石条,长3厘米,厚0.3毫米的特殊持有者. 冲击波由一颗红外线激光短短地闪出而来,聚焦于晶体的薄面. 脉冲只持续了150皮克秒,并包含每平方厘米12万亿瓦特的功率. 由此产生的冲击波从钻石晶体中穿过,以每小时72,000公里的速度移动.

Shropp博士解释说,“要获得这种快速过程的图像,需要使用极短时间的来源,”“这个来源是LCLS X射线激光,其脉冲持续时间只有50个Femtoseconds,这使你能够捕捉甚至最快的运动。 使用X射线显微镜可以获得每像素约500纳米的分辨率.

然而,每道激光"射击"会彻底地摧毁测试材料样本. 所以我们不得不用相同的样本重复实验,一次制作一帧图像. 因此,我们从图像中收集到一个完整的视频, 显示冲击波穿过钻石晶体的过程。 “

科学家利用获得的视频,得以确定震波通过期间材料密度的数量变化. 分析表明,冲击波压缩了钻石约10%,这种变形甚至无法承受世界上最耐用的材料.

“鉴于钻石具有许多显著的物理特性,它在某些研究中和从技术角度看都是非常有用的材料”,来自拉加共同体实验室的Jerome Hastings教授(Jerome Hastings教授)说,“进一步研究这种材料的特性将大大地扩大其应用领域。 “

科学家预计,X射线激光器的改进和所使用传感器的优化将使它们在未来将空间分辨率提高到每像素100纳米. 在启用目前正在建造的新的欧洲X射线激光XFEL后,将有可能做到这一点。 由于X射线的普及性,这种技术可用于研究任何固体材料,包括金属.

“这种研究方法可以产生一个称为材料科学的大量新的科学领域。 而且,你知道,这个科学决定了 我们每天接触的很多东西。 Shropp博士认为,虽然我们制定的方法不会那么明显,但有可能对我们今后的生活产生影响。



P. S. 记住,只是改变我们的消费——我们一起改变世界!

资料来源:www.dailytechinfo.org。