Фемтосекундная рентгеновская голография
Для изучения динамики нанообъектов в реальном времени нужно сочетание строго синхронизированных ультракоротких импульсов излучения с высоким пространственным разрешением.
Наряду с этим, дабы по дифракционной картине вернуть форму объекта в любой момент времени, необходимо решать непростую задачу обратного преобразования Фурье.
Альтернативой есть голографическая методика, основанная на интерференции двух лучей, каковые рассеиваются на объекте с некоей задержкой по времени. Одну из модификаций данной методики группа исследователей из америки, Швеции и Германии применила для изучения процесса разрушения наночастиц полистирола [H.N.Chapman et al., Nature 448, 676 (2007)].
Были использованы импульсы рентгеновского излучения с длиной волны 32.5 нм и длительностью 25 фс от лазера на свободных электронах (около 1012 фотонов в одном импульсе с энергией 10 мкДж). Много практически аналогичных сферических наночастиц диаметром 140 нм наносили на мембрану из SiN, расположенную на расстоянии l = (30 ? 1200) мкм от зеркала.
Падая на частицу, рентгеновский пучок, с одной стороны, рассеивается на ней, а с другой – инициирует ее распад («испарение») за счет фактически мгновенного нагрева до ~ 105 К. Отражаясь после этого от зеркала, данный пучок вторично рассеивается на частице (структура которой за время t = 2l/c = 0.2? 8 пс уже успела измениться) и интерферирует с первично рассеянным пучком (рис.1).
Рис.1. Схема опыта по рентгеновской голографии с фемтосекундным временным разрешением. Наночастицы полистирола покрывают мембрану, расположенную перед зеркалом
Формирующаяся наряду с этим голограмма представляет собой когерентную суперпозицию голографических узоров от » 1000 наночастиц, появлявшихся в области действия пучка, ширина которого образовывает около 20 мкм. Она содержит данные о структуре наночастиц в момент времени t = 2l/c по окончании начала распада. Ее компьютерный анализ разрешает выяснить форму наночастиц, и распределение плотности в наночастицах (рис.2).
Рис.2. Профили плотности изначально однородной сферической наночастицы спустя время 0.5 пс (a), 0.9 пс (b) и 3.2 пс © по окончании действия рентгеновского импульса.
на данный момент минимальная протяженность волны использованного авторами лазера (DESY, Гамбург) образовывает около 2 нм. Возможно сохранять надежду, что ее уменьшение до десятых долей нанометра и менее разрешит уже обозримой перспективе усовершенствовать лазерную голографию так, дабы изучить динамику биологических объектов, отдельных молекул и атомных кластеров, и изучать сверхбыстрые фазовые переходы, движение химических детали и реакций процессов плавления, абляции, образования плазмы.