Рентгеновский лазер помог физикам взглянуть на электроны внутри алмаза

Рентгеновский лазер помог физикам взглянуть на электроны внутри алмаза

Физики применяли сверхмощный рентгеновский лазер LCLS для получения первых фотоснимков отдельных электронов, находящихся на орбите атомов углерода в кристалле бриллианта, и опубликовали результаты собственной работы в статье в издании Nature.

Излучатель LCLS в американской Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Калифорнии есть самым замечательным на сегодня рентгеновским лазером на свободных электронах. Это устройство употребляется для самых разнообразных опытов в области физики элементарных частиц и в других разделах данной науки.

Так, в феврале 2012 года ученым в первый раз удалось взять изображения вирусной частицы в высоком разрешении, а в мае этого же года – разглядеть отдельные атомы в молекуле белка.

Несколько физиков под управлением Тортона Гловера (Thorton Glover) из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США) приспособила LCLS для наблюдения за сотрудничеством света и фотографирования и электронов этого процесса.

«Электроны в атомах в молекул делятся на две группы – зрители» и активные «частицы». Первые относятся к категории валентных электронов, участвующих в химических реакциях, а наблюдатели складываются из частиц из внутренних, заполненных электронных оболочек. Рентгеновские лучи разрешают «заметить» атом, но они не могут продемонстрировать, как распределены валентные электроны, – пояснил Гловер.

Авторы статьи решили эту проблему следующим образом. Они подключили к компьютеру, управляющему LCLS, дополнительный лазер, излучающий в видимом диапазоне электромагнитных волн. При фотографировании сперва включается оптический лазер, и только через пара мгновений – рентгеновский излучатель. Фотоны видимого света взаимодействуют с валентными электронами в атомах, «поднимая» их на более большой энергетический уровень.

Через некое время с ними сталкиваются лучи рентгена, в следствии чего электроны теряют дополнительную энергию, опускаясь на прошлый уровень. На протяжении этого процесса фотоны рентгена и видимого излучения «складываются» и из примера выходит поток рентгена с новой частотой.

Этот прием разрешает отделить информацию о положении атома от информации о пространственном распределении валентных электронов, вращающихся около ядра атома. Ученые удачно удостоверились в надежности его в действии, сфотографировав валентные электроны в алмазной пластинке.

Сама по себе эта информация не несет научной сокровище, но эта же методика возможно применена для изучения протеиновых кристаллов и других сложных молекул. Гловер и его сотрудники полагают, что

их работа окажет помощь вторым физикам «посмотреть» на то, как происходят многие сложные химические реакции, а также фотосинтез.

Самый мощный в мире рентгеновский лазер на свободных электронах начнет свою работу в Германии.


Темы которые будут Вам интересны:

Читайте также: