En film med miljarder bildrutor per sekund har för första gången fångat vibrationerna från guldnanokristaller med fantastiska detaljer.

Filmen, som gjordes med hjälp av 3D-avbildning, banbrytande vid London Centre for Nanotechnology (LCN) vid UCL, avslöjar viktig information om guldets sammansättning. Resultaten publiceras i tidskriften Vetenskap .

Jesse Clark, från LCN och huvudförfattare till tidningen sa:"Precis som ljudkvaliteten hos ett musikinstrument kan ge mycket detaljer om dess konstruktion, så också kan vibrationerna i material ge viktig information om deras sammansättning och funktioner."

"Det är helt fantastiskt att vi kan fånga ögonblicksbilder av dessa nanoskaliga rörelser och skapa filmer av dessa processer. Denna information är avgörande för att förstå hur material reagerar efter störning."

Forskare fann att vibrationerna var ovanliga eftersom de börjar i exakt samma ögonblick överallt inuti kristallen. Det var tidigare förväntat att effekterna av excitationen skulle färdas över guldnanokristallen med ljudets hastighet, men de visade sig vara mycket snabbare, dvs. överljuds.

De nya bilderna stöder teoretiska modeller för ljusinteraktion med metaller, där energi först överförs till elektroner, som kan kortsluta atomernas mycket långsammare rörelse.

Teamet utförde experimenten vid SLAC National Accelerator Laboratory med hjälp av en revolutionerande röntgenlaser kallad "Linac Coherent Light Source". Röntgenstrålningspulserna är extremt korta (mätt i femtosekunder, eller kvadrilliondelar av en sekund), vilket betyder att de kan frysa all rörelse av atomerna i vilket prov som helst, lämnar bara elektronerna i rörelse.

Dock, röntgenpulserna är tillräckligt intensiva för att teamet kunde ta enstaka ögonblicksbilder av vibrationerna från guldnanokristallerna som de undersökte. Vibrationen startade med en kort puls av infrarött ljus.

Vibrationerna avbildades en kort tid senare i 3D med hjälp av de koherenta diffraktionsavbildningsmetoderna som var banbrytande i LCN av Robinson-gruppen. 3D-filmerna avslöjar i utsökt detalj de förvrängningar som äger rum i nanokristallen, med de snabbaste vibrationerna som upprepas var 90:e pikosekund.

Professor Robinson, även från LCN och gruppledaren, sa:"Detta arbete representerar ett imponerande exempel på lagarbete av cirka hundra personer på SLAC. SLAC linjäracceleratorn byggdes 1957 som ett direkt svar på nyheterna om Sputnik.

"Efter övertygande 50 år av sensationell högenergifysik, den maskinen har återställts som en laser genom tillägget av en 100 m lång rad magneter. Denna 3 km stora maskin producerar en stråle som fokuseras på en kristall mindre än en mikron i en puls så kort att all rörelse av dess atomer är stilla frusen."