Den ultrasnabba smältningen av diamant under intensiv röntgenstrålning har visualiserats för första gången av RIKEN-forskare. Denna observation kommer att hjälpa forskare att förbättra experimentella metoder som använder röntgenpulser med hög intensitet för att bestämma materialstrukturer.

Teoretiskt sett för att smälta en diamant måste du sätta den i en ugn och ställa in temperaturen till över 3, 500 grader Celsius (faktiskt det skulle förvandlas till grafit väl innan det smälter). Men RIKEN-forskare har observerat diamantsmältning vid mycket lägre temperaturer genom att slå den med ultrakortpulser från en röntgenfri elektronlaser (XFEL).

XFEL är kraftfulla instrument som har funnits i lite mer än ett decennium. De producerar tåg av intensiva röntgenpulser som kan användas för att studera strukturen och dynamiken i många typer av prover. Deras förmåga att avbilda enskilda atomer på en femtosekunds tidsskala (kvadriljondelar av en sekund) gör dem idealiska för att studera biologiska och kemiska processer och materialstrukturer i detalj.

XFEL -pulser är kända för att väcka många elektroner samtidigt, orsakar irreversibel störning i provet. Men den exakta mekanismen genom vilken denna skada sker var okänd.

Nu, Ichiro Inoue och Makina Yabashi, båda RIKEN SPring-8 Center, tillsammans med sina medarbetare, har använt en teknik som använder en första röntgenpuls för att excitera ett prov, och en andra puls med annan energi och en liten tidsfördröjning för att mäta effekterna av den första pulsen. Denna metod gjorde det möjligt för dem att noggrant följa vad som hände i provet efter att det träffades av röntgenstrålarna.

Experimenten utfördes på SPring-8 Angstrom Compact free electron Laser (SACLA), som 2011 blev den andra XFEL i världen som startade sin verksamhet. "Bland XFEL -anläggningar i världen, SACLA har en unik förmåga att producera ultraintensiva, dubbla röntgenpulser med olika våglängder, "kommenterar Yabashi." Den här egenskapen är önskvärd för att genomföra den nuvarande typen av ny forskning. "

Forskarna visualiserade fördelningen av laddningar runt kolatomerna i ett diamantprov efter XFEL -bestrålning. Kol -kolbindningarna bröt efter cirka 5 femtosekunder, och atomerna började bete sig som isolerade atomer, rör sig från sina ursprungliga positioner och får materialet att smälta.

Denna tidsskala är mycket snabbare än bindningsbrytningen orsakad av uppvärmning, och stödsimuleringar visade att smältningen verkligen är icke-termisk. Istället, den induceras av en modifiering av den potentiella energin som kännas av atomerna.

Sådan icke-termisk smältning kan förväntas ske i många XFEL-experiment, och är således en viktig faktor att tänka på i alla studier av strukturbestämning med XFEL -pulser.