» >
В новой работе, опубликованной в журнале Nature Communications, физики изучили искусственную «слоистую» структуру из чередующихся нанослоёв платины и меди толщиной всего в несколько нанометров. Такие структуры фактически являются рукотворной кристаллической решёткой, в которой можно точно контролировать поведение электронов и атомов.
Эксперимент проводился на установке MID (Materials Imaging and Dynamics) в рамках European XFEL — одного из самых мощных источников рентгеновского излучения в мире, позволяющего «снимать» движение атомов в реальном времени. Для возбуждения структуры использовались сверхкороткие лазерные импульсы длительностью порядка 10-15 секунды, после чего изменения фиксировались столь же короткими рентгеновскими импульсами.
После облучения система начинала осциллировать с частотой около 1 терагерца — примерно триллион колебаний в секунду. При этом платиновые нанослои периодически расширялись и сжимали медные слои. Такой отклик оказался слишком быстрым, чтобы его можно было объяснить классическим механизмом теплопередачи, при котором сначала нагреваются электроны, затем — кристаллическая решётка.
Ключевой вывод работы заключается в том, что движение запускается не нагревом атомов, а давлением «горячих электронов», в первую очередь в платине. По сути, электроны, возбужденные лазером, отражаются на границах слоёв и интерфейсах материалов, создавая импульс давления, который буквально «вдавливает» структуру изнутри и запускает механические колебания.
По словам одного из авторов работы, Яна-Этьенна Пуделла (Jan-Etienne Pudell) из Европейского XFEL, наблюдаемый эффект оказался неожиданным: колебания не связаны с тепловым расширением решётки, а обусловлены именно давлением электронов. Похожую интерпретацию дал и руководитель исследовательского центра SFB 1636 в Университете Потсдама Матиас Баргхер (Matias Bargheer), подчеркнув, что речь идёт о прямом воздействии электронов на атомную структуру в масштабе менее одной триллионной секунды.
Важно, что эффект оказался управляемым: характер колебаний зависит от выбора материалов и толщины слоёв. Это означает, что подобные структуры можно потенциально «настраивать» под конкретные задачи — от управления ультрабыстрыми процессами переноса энергии до контроля поверхностных химических реакций.
Физически значимым результатом стала связь между движением электронов, тепловыми процессами и механическим откликом наноструктуры. Давление электронов, возникающее при отражении на границах слоёв, может передаваться поверхностным молекулам, влияя на химические реакции на поверхности металла.
Так, эксперимент с платиново-медной наноструктурой показывает, что свет в ультракоротких импульсах может запускать не только нагрев, но и прямое механическое воздействие через давление электронов. Это уточняет базовую картину взаимодействия света и вещества и открывает путь к управляемым сверхбыстрым процессам в наноматериалах и плазмохимии.
Загрузка...
