Site Sponsors
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD

Het Controleren van Röntgenstralen met Licht is een Stap Naar het Controleren van Hoe de Kwestie Zich Gedraagt

Published on March 23, 2010 at 7:45 PM

Als het spelen van een spel van schaar-papier-rots, heeft een team van wetenschappers die door Thornton E. (Ernie) worden geleid Glover van Lichtbron van het Laboratorium van Berkeley de Gevorderde (ALS), Linda Young van Nationaal Laboratorium Argonne, en Ali Belkacem van Afdeling van de Wetenschappen van het Laboratorium van Berkeley de Chemische laserlicht gebruikt om röntgenstralen - te controleren door het materiële middel eerst te veranderen waardoor de röntgenstralen overgaan.

Het Controleren van röntgenstralen met ultrashort plakken van licht zijn zich een stap naar het controleren van hoe de kwestie gedraagt, het gestalte geven van röntgenstralen met andere röntgenstralen, en uiteindelijk het leiden van de wegen de chemische reacties kunnen nemen. Werkend bij beamline 6.0.2 van de Geavanceerde Lichtbron femtosecond, toont een team van wetenschappers hoe het kan worden gedaan. Aangezien een nieuwe generatie van krachtige lichtbronnen online komt, kunnen de intense röntgenstralen kwestie kunnen direct controleren en één straal van röntgenstralen toestaan om een andere te controleren.

Gebruikend ALS femtosecond (quadrillionth van een seconde) de spectroscopiebeamline 6.0.2, verzonden Glover en zijn collega's ultrashort impulsen van laserlicht en hoog-frequentieröntgenstralen samen door een gascel die met onder druk gezet neon wordt gevuld. Opgewekt door de laserimpulsen, het gas, dat normaal röntgenstralen absorbeert, werd transparant aan de x-ray impulsen tijdens hun snelle passage.

Schroedinger lightbulb

„Wij werden door de interessante nieuwe wetenschap geïnspireerd die in quantumopticaexperimenten die wordt aangetoond zichtbaar licht gebruiken om zichtbaar licht te controleren,“ zeggen Glover. „Één spectaculair voorbeeld vertraagt licht aan een dichtbijgelegen stilstand in sommige media. De capaciteit aan, inderdaad, eindelicht in een middel heeft potentiële toepassingen voor quantuminformatieopslag en verwerking.“

Glover zegt een ander voorbeeld van optische controle zichtbaar licht gebruikt om transparantie in een middel te veroorzaken. „Wij kwamen in ons eigen onderzoek naar de hoop dat het terecht zou leiden tot nieuwe en interessante manieren om röntgenstralen evenals zichtbaar licht te gebruiken.“

Het gedrag van het Licht in een middel zoals lucht of glas of water wordt bepaald door de interactie van zijn elektromagnetisch gebied met de elektronen van het middel. In een quantum-mechanisch fenomeen genoemd coherente superposition, koppelt een „pomp“ impuls van licht twee verschillende materiële staten zodat wanneer een verdere „sonde“ impuls een elektron aan één van beiden van de opgewekte staten opvoert, het elektron omhoog gelijktijdig in beide staten beëindigt.

Hoewel dit met zichtbaar licht was gedaan, had niemand met succes een sonde x-ray impuls deze manier vóór het werk van Glover en zijn collega's gecontroleerd. De röntgenstralen van de hoog-Energie staan met elektronen in verschillende atoomshells in wisselwerking en leiden tot opgewekt verklaart sneller dat bederf duizend keer dan die gecreeerd door zichtbare licht waarbij de poging wordt onderbroken om een coherente superposition te vormen en het wordt gebruikt als controlemechanisme.

De „superpositionstaat moet een nuttige tijdsduur duren,“ Glover verklaart. „Maar de röntgenstralen staan sterk met binnen de kernelektronen van een atoom in wisselwerking, en x-ray opwinding van kernelektronen verlaat gaten waarachter door andere, zwakker verbindende elektronen zo snel worden gevuld die de boven elkaar geplaatste staat slechts een femtosecond of zo.“ duurt

Glover zegt één benadering van het oplossen van dit kort-levenprobleem „door het aantal fotonen“ te verhogen - gebruikend zeer intense optische impulsen om de materiële staten sterker te koppelen is. Voor een bepaalde energie van de laserimpuls, vermindert de intensiteitsverhogingen als impulslengte.

Maar om het gecombineerde licht-kwestiesysteem te zien, moet de x-ray impuls op zijn minst als kort of korter zijn dan de laserimpuls, en beide impulsen moeten zich door het middel samen bewegen. Deze voorwaarden worden voldaan aan door gesynchroniseerde impulsen te gebruiken, metend ongeveer 200 femtoseconds, van zowel optisch licht als röntgenstralen.

Een zeer speciale beamline

„Beamline 6.0.2 was de eerste en nog zegt één van slechts drie plaatsen in de wereld waar deze experimenten zouden kunnen worden gedaan,“ Glover. De intense de laserimpulsen van het experiment leidden tot korte coherente superpositionstaten in het dichte neongas binnen de cel, die het onder druk gezette neon in de gascel aan de röntgenstralen transparant maakte.

„Quantum dat mechanicaly, is er vernietigende interferentie tussen twee absorptiewegen spreekt en dit vermindert de absorptie,“ zegt Glover. „Namelijk maakt het het middel transparant.“ Voor het eerst, waren de optische impulsen gebruikt om te controleren hoe de röntgenstralen met kwestie in wisselwerking staan.

De experimentators leggen snel dit kortstondige neonvenster aan de praktische dienst voor, gebruikend het om de duur van de femtosecond-schaal x-ray impuls aan hoge nauwkeurigheid te meten eenvoudiger dan vóór, met de toegevoegde capaciteit van het gestalte geven van x ray impulsen op een schaal van de femtosecondtijd mogelijk is geweest.

„Aan onze kennis zijn er geen andere haalbare benaderingen van het gestalte geven van x-ray impulsen met femtosecondprecisie,“ Glover zegt. „Door een manier aan te tonen om röntgenstralen op de femtosecondtermijn gestalte te geven, hebben wij de deur voor „quantumcontrole“ experimenten - nu mogelijk slechts met lang-golflengte licht in het x-ray regime.“ geopend

De Röntgenstralen hebben elementenspecificiteit - zij kunnen worden gestemd om aan bijzondere soorten atomen in een molecule effectiever te spreken dan het zichtbare licht kan. „Een aantal vooruitgang schijnt mogelijk,“ zegt Glover. „Gestalte Geven van impulsen op deze termijn zal in experimenten belangrijk zijn die tot doel hebben om chemische reacties, faseovergangen, en andere fenomenen te controleren.“

Verder kan ver weg het potentieel zijn van het gebruiken van licht om de fase van x-ray impulsen te controleren. Het is moeilijk om perfecte spiegels en streekplaten te vervaardigen voor het concentreren van röntgenstralen, maar die moeilijkheid zou kunnen worden overwonnen door lenzen van gas te gebruiken dat door licht wordt gecontroleerd. Controle van de Fase over x-ray impulsen kon tot nieuwe manieren leiden om beelden van complexe structuren zoals eiwitkristallen te maken.

Impulsen van de Röntgenstraal waarvan vorm, lengte, en de intensiteit precies wordt gecontroleerd zouden evenbe bekwaam kunnen om individuele atomen te etiketteren en hen te volgen door een complexe reeks chemische reacties zoals fotosynthese. Zegt Glover, „Wij kunnen controle over kunnen uitoefenen hoe de kwestie evolueert en welke wegen chemische reacties.“ nemen

In de volgende generatie van lichtbronnen, die te produceren vrij-elektronenlasers met behulp van ultrabright, ultrasnel, zouden de röntgenstralen van het hoog-herhalingstarief, dergelijk potentieel gebruik van de capaciteit om röntgenstralen met licht te controleren een verblindend panorama van begrip en controle over de natuurlijke wereld openen.

Last Update: 13. January 2012 02:05

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit