Atom İçindeki Elektron Hareketlerinin Saatlenmesine Öncü ve Son Derece Doğru Yaklaşım
Yeni teknik, ultra hızlı süreçlerde çözünürlük iyileştirmesi sağlar.
Birkaç yıl önce Münih Teknik Üniversitesi’nde (TUM) Lazer ve X-ışını Fiziği Profesörü Reinhard Kienberger tarafından başlatılan uluslararası bir bilim adamları konsorsiyumu, ABD Stanford Lineer Hızlandırıcı Merkezi’nde (SLAC) femtosaniye aralığında önemli ölçümler yaptı. ).
Bununla birlikte, bu küçücük zaman çizelgelerinde, bir yanda numunede bir tepkimeye yol açan X-ışını darbesini ve diğer yanda onu ‘gözlemleyen’ lazer darbesini senkronize etmek son derece zordur. Bu soruna zamanlama titremesi denir ve bu, XFEL’lerde daha kısa çözünürlükle zaman çözümlü deneyler yapmak için devam eden çabalarda büyük bir engeldir.
Şimdi, büyük bir uluslararası araştırma ekibi, XFEL’lerde bu sorunu aşmak için bir yöntem geliştirdi ve neon gazındaki temel bir bozunma sürecini ölçerek etkinliğini kanıtladı.
İyi zamanlama radyasyon hasarını önleyebilir
Birçok biyolojik sistem – ve bazı biyolojik olmayan sistemler – bir XFEL’den gelen bir X-ışını darbesi tarafından uyarıldığında hasar görür. Hasarın nedenlerinden biri, Auger çürümesi olarak bilinen süreçtir. X-ışını darbesi, numuneden fotoelektronları çıkarır ve bunların dış kabuklardaki elektronlarla değiştirilmesine yol açar. Bu dış elektronlar gevşerken, daha sonra Auger elektronu olarak bilinen başka bir elektronun emisyonunu indükleyebilecek enerjiyi serbest bırakırlar.
Radyasyon hasarına hem yoğun X ışınları hem de numuneyi hızla bozabilen Auger elektronlarının sürekli emisyonu neden olur. Bu bozunmayı zamanlamak, farklı molekülleri inceleyen deneylerde radyasyon hasarından kaçınmaya yardımcı olacaktır. Ek olarak, Auger bozunumu, yalnızca XFEL’lerde incelenebilen, maddenin egzotik, yüksek derecede uyarılmış hallerine ilişkin çalışmalarda önemli bir parametredir.
Araştırma ekibi öncü ve son derece doğru bir yaklaşım sunar
Auger bozunumunun grafiğini çıkarmak için bilim adamları, binlerce görüntüdeki elektronları haritalamaya ve verilerdeki küresel eğilimlere dayanarak ne zaman yayıldıklarını çıkarmaya dayanan, kendi kendine referanslı attosaniye çizgisi adı verilen bir teknik kullandılar.
Ekip, yöntemlerinin ilk uygulamasında, geçmişte bozulma zamanlarının çıkarıldığı neon gazı kullandı. Hem fotoelektronları hem de Auger elektronlarını harici bir “çizgi” lazer darbesine maruz bıraktıktan sonra, araştırmacılar on binlerce bireysel ölçümün her birinde nihai kinetik enerjilerini belirlediler.
Deney tasarımının geliştirilmesine yardımcı olan Prof. Reinhard Kienberger, “Önemli olan her ölçümde, Auger elektronları, başlangıçta yer değiştiren fotoelektronlardan biraz daha sonra çizgili lazer darbesiyle her zaman etkileşime girer, çünkü daha sonra yayılırlar” diyor. “Bu sabit faktör, tekniğin temelini oluşturur.” Ekip, çok sayıda bireysel gözlemi birleştirerek, fiziksel sürecin ayrıntılı bir haritasını oluşturabildi ve böylece fotoğraf ve Auger emisyonu arasındaki karakteristik zaman gecikmesini belirleyebildi.
Çizgileme yöntemi başarıya götürür
Gerekli yüksek zaman çözünürlüğü, sözde çizgi yöntemi ile mümkün kılınır. “Bu teknik laboratuvarımızda başarıyla uygulanıyor. Grubumuzun birkaç ön makalesinde, çizgileme yöntemini kullanarak serbest elektron lazerleri üzerinde zaman çözümlü ölçümler yaptık” diyor yayının ortak yazarı TUM Doktora öğrencisi Albert Schletter. Hamburg’daki Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter’dan baş yazar Dan Haynes, “Bu yöntemi kullanarak neon gazlarında X-ışını iyonizasyonu ile Auger emisyonu arasındaki gecikmeyi en yüksek hassasiyetle ölçebildik” diye açıklıyor.
Araştırmacılar, kendine referanslı çizgilerin ultra hızlı bilim alanında daha geniş bir etkiye sahip olacağından umutlu. Prof. Kienberger’in doktora öğrencisi olan ortak yazar Markus Wurzer, “Kendinden referanslı çizgi oluşturma, XFEL’lerin esnekliğinden ve aşırı yoğunluğundan zaman çözünürlüğünden ödün vermeden yararlanan yeni bir deney sınıfını kolaylaştırabilir” diye ekliyor.
Bu araştırma hakkında daha fazla bilgi için, Bir Atomun İçindeki Elektronların Hareketini Saatleme – Saniyenin Milyarda Bir Milyarda Birine Kadar.
Referans: DC Haynes, M. Wurzer, A. Schletter, A. Al-Haddad, C. Blaga, C. Bostedt, J. Bozek, H. Bromberger, M. Bucher, A. Camper, S tarafından “Clocking Auger elektronları” Carron, R. Coffee, JT Costello, LF DiMauro, Y. Ding, K. Ferguson, I. Grguraš, W. Helml, MC Hoffmann, M. Ilchen, S. Jalas, NM Kabachnik, AK Kazansky, R. Kienberger, AR Maier, T. Maxwell, T. Mazza, M. Meyer, H. Park, J. Robinson, C. Roedig, H. Schlarb, R. Singla, F. Tellkamp, PA Walker, K. Zhang, G. Doumy, C. Behrens ve AL Cavalieri, 18 Ocak 2021, Doğa Fiziği.
DOI: 10.1038 / s41567-020-01111-0
.
Gelişmelerden zamanında haberdar olmak için Google News’te Bilim Portal’a ABONE OLUN