Högenergipulserna, producerade av SLAC:s röntgenfria elektronlaser, Linac Coherent Light Source (LCLS), gjorde det möjligt för forskarna att "se" atomkärnorna i ett halvledarmaterial vibrera och vibrera, och se elektroner som rasar och cirkulerar runt dem med nästan ljusets hastighet.
Observationerna kan hjälpa forskare att konstruera nya material med skräddarsydda elektroniska egenskaper, såsom de som behövs för mer kraftfull elektronik, höghastighetsdatabehandling och nya optoelektroniska enheter.
Forskargruppen vid SLAC använde en speciell strållinje vid LCLS som kallas X-ray Pump-Probe-instrumentet, som är designat för att se subatomära processer spela ut i slow motion. Strållinjen har en speciell röntgen "kamera" för att exakt fånga positioner och rörelser för elektroner och kärnor i material.
Forskarna skickade en kort, intensiv röntgenpuls in i ett prov av galliumarsenid, ett halvledarmaterial, för att slå ut några av elektronerna ur deras banor runt atomkärnorna. I ögonblicket efter att röntgenstrålningen träffat, belyste en andra, svagare röntgenpuls provet när elektronerna ordnade om sig själva, vilket gav ögonblicksbilder av atomerna och deras virvlande elektronmoln.
"Vi fann att några av elektronerna reagerade på röntgenpulserna snabbare än väntat", säger SLAC-personalforskaren och studiemedförfattaren Jun-Sik Lee. "De surfade i huvudsak på vågen som skapades av röntgenpulsen, fick extra energi och accelererade till otroligt höga hastigheter."
"Att se elektronerna surfa var en överraskning, men när vi noggrant analyserade våra bilder insåg vi att det inte borde ha varit det", säger Linac Coherent Light Source (LCLS) direktör Mike Dunne, en medförfattare till studien. "Det var helt enkelt ett av de fall där beteendet vi observerade hade förutspåtts av någon annan - i det här fallet av teoretiker för cirka 70 år sedan."
