Printer friendly version Share

News Release

Atomoak dantzan filmatzeko bidean

03 December 2012 Elhuyar Fundazioa

Elektroi askeko laserrek atomoak mugimenduan molekula konplexuetan eta erreakzio kimikoetan zehar filmatzeko aukera ematen dute beren X izpiko bristada ultralaburrei esker. Hala ere, dantza horiek filmatzeko, zehatz-mehatz ezagutu behar dira sistema periodikoki argiztatzen duten pultsuen heltze-denbora eta denbora-profila. Nazioarteko zientzialari-talde batek neurketa-teknika berri bat garatu du, DESYn (Alemaniako partikula azeleragailu zentruan) dagoen FLASH X izpi leuneko elektroi askeko laserra erabiliz, banako FEL (elektroi askeko laser) pultsuen denbora-karakterizazio osoa emateko gai dena. Hanburgoko CFELko (Elektroi Askeko Laser Zientziarako Zentroa) Adrain Cavalieri izan da taldearen buru. Taldekideak gai izan dira X izpien pultsu bakoitza femtosegundoen mailako zehaztasunarekin neurtzeko (segundo batek mila bilioi femtosegundo ditu). Ikerketa-taldeko kide izan dira Andrey Kazansky, Ikerbasque ikerketa irakaslea Donostia International Physics Center-en (DIPC) eta Euskal Herriko Unibertsitatean (UPV/EHU) eta DIPCko ohiko ikertzaile bisitaria den Moskuko Lomonosov Unibertsitateko Nikolay Kabachnik ikertzailea ere. Ikerlan honetan garatu den teknika munduan dauden X izpien bidezko elektroi askeko laser guztietan inplementa daiteke, eta horrek, azken batean, baliabideon erabilera eraginkorrenerako aukera ahalbidetuko du. Emaitzak Nature Photonics zientzia-aldizkariaren azken zenbakian argitaratu dira.

Elektroi askeko laserrek hornitutako X izpiko pultsuek ikerketarako aukera paregabeak ireki dituzte, pultsuak ultraindartsuak eta ultralaburrak direlako. Femtosegundo dozena batzuk besterik —edo are gutxiago— irauten ez duen FEL pultsu bakoitzean X izpiko bilioika fotoi daude. Baina, pultsu batetik bestera asko alda daitezke FEL pultsu baten heltze-denbora eta denbora-profilak. Beraz, prozesu dinamiko ultraazkarrak "filmatzeko" FELak erabili nahi izanez gero, pultsu bakoitzaren heltze-denbora neurtu behar da, FEL pultsu bakoitzarekin egindako argazki indibidualak berrordenatzeko.

Denbora-informazio zehatza izanez gero, X izpiko FEL femtosegundo pultsuak behar bezain laburrak dira femtosegundoen denbora-eskalako bereizmenarekin materialetan ematen diren prozesuak aztertzeko; hala, atomoen mugimendua, erreakzio kimikoak eta materialetako fase-trantsizioak azter daitezke. 
Aldi berean X izpiko FEL pultsuaren profila neurtuz gero, areago joateko aukera izango da, eta X izpien esposiziopean gertatzen diren prozesuak aztertu ahal izango dira. Denbora-eskala horietan, esanguratsu bihurtzen dira elektroien mugimenduak eta egoera elektronikoen dinamika. Dinamika elektronikoak prozesu kaltegarriak eragiten ditu biomolekuletan, eta gerta liteke biomolekulak suntsitzea irudi garbi eta aratz bat grabatzeko aukera izan baino lehen.

Neurketak egiteko, ikertaldeak attosegundoen zientzian (attosegundua femtosegundoaren milarena da) erabiltzen den “fotoelektroien streaking” teknika egokitu zuen. "Streaking teknika honi esker, argi-seinale aldakorren denbora-profilak graba daitezke fotoelektroi sortak sortuz eta ondoren horien energia banaketa neurtuz", azaltzen du DIPC eta UPV/EHUn Ikerbasqueko ikerketa Irakasle den Andrey Kazansky-k. Fotoelektroi bat zera da, materiak emititu duen elektroi bat energia handiko fotoi bat xurgatzearen ondorioz. Beste hitzetan, fotoi batek abian jartzen duen elektroia da.

FELek eskaintzen dituzten intentsitate hain altuak aprobetxatuz, ikertzaileek streaking neurketak egin ahal izan zituzten FLASHen, banan banakako pultsuetan. Horretarako, neoizko gas batean barrena jaurtitzen dira X izpien bristadak. Pultsu bakoitzak fotoelektroi mordoxka bat kanporatzen du gas nobletik eta fotoelektroi sorta hauen denbora-profila, horiek abian jarri dituen FEL pultsuaren erreplika bat dela gertatzen da.

Ondoren, eremu elektromagnetiko bortitz bat erabiltzen da fotoelektroi hauek azeleratu edo dezeleratzeko, emisioa gertatu den une zehatzaren arabera. Efektu horren indarra neurtzen da eta eskura dagoen informazio guztia behar bezala uztartuz X izpiko pultsu bakoitzaren denbora-profila eta heltze-denbora jakin daitezke, gutxi gorabehera 5 femtosegundoko zehaztasunarekin.

“Heltze-denbora eta pultsuaren profila aldi berean neurtzea, gainerako FEL parametro guztietatik aparte; horixe da teknika honen gakoa” azaldu du Adrian Cavalierik, Hanburgoko Unibertsitateko irakasle eta Max Planck Institutuko Egituren Dinamikarako Ikerketa Saileko (MPSD) taldeburuak . Orain arte, ez da beste neurketarik denbora-informazio oso hori ematen duenik, eta hain zuzen ere, informazio horixe da ezinbestekoa X izpien bidezko argi-iturri paregabe horien etorkizuneko aplikazioetarako.

Ikertaldeak aurkeztu dituen FEL pultsua karakterizatzeko neurketak FEL izpiari eragin gabe egin dira — fotoi-kopuru hutsal bat baino ez da galtzen fotoelektroiak sortzeko. Horrenbestez, ia esperimentu guztietan aplika daitezke, ia uhin-luzera guztietan. Etorkizun hurbilean, laser bidezkostreaking teknika erabiliko da FLASHen FEL pultsuaren iraupena kontrolatu eta mantentzeko, horrela era askotako sistema atomiko, sistema molekular eta egoera solidoko sistema aztertzeko. Ikertzaileen asmoa da zehaztasun handiko neurketa horiek feedback kritiko gisa erabiltzea, beste esperimentu batzuetan X izpiko pultsu-profila neurrira manipulatzeko.

http://www.basqueresearch.com/berria_irakurri.asp?Berri_Kod=4263&hizk=E#.ULzW9IfFA1M

Attached files

  • X izpiko elektroi askeko laserrak irradiatutako neoi atomoek igorritako fotoelektroiak eremu elektromagnetiko bati esker azeleratuak dira. Hala, pultsuz pultsu, femtosegundoen mailako zehaztapenarekin lor daitezke X izpiko pultsuaren denbora-profila eta heltze-denbora. Irudiaren kreditoa: Jörg Harms/MPSD at CFEL


Facebook-Twitter3 eNEWS ad2 WCSJ ad App animated no finger Elhuyar-kom