Новый взгляд на взаимодействие света и материи

Группа физиков провела серию экспериментов с искусственно созданными наноструктурами, состоящими из чередующихся слоев меди и платины толщиной в несколько нанометров. Исследование, результаты которого обнародованы в издании Nature Communications, демонстрирует способность этих материалов к сверхбыстрым механическим откликам под воздействием лазерного излучения.

Экспериментальные детали

Для проведения наблюдений ученые воспользовались мощностями установки European XFEL. Использование рентгеновского излучения позволило исследователям отслеживать перемещения атомов в режиме реального времени. Воздействие на образцы осуществлялось при помощи лазерных импульсов длительностью 10-15 фемтосекунд.

Результаты эксперимента показали, что после облучения наноструктуры начинали совершать колебательные движения с частотой порядка одного терагерца, что эквивалентно триллиону циклов в секунду. В процессе работы платиновые прослойки периодически оказывали давление на медные слои, вызывая их деформацию.

Механическое давление вместо теплового расширения

Традиционные модели объясняют подобные процессы передачей тепла от электронов к кристаллической решетке. Однако в данном случае реакция материала оказалась слишком стремительной для теплового механизма. Основной причиной возникновения вибраций стало давление так называемых «горячих электронов».

«Наблюдаемый эффект оказался для нас неожиданным: колебания возникают не вследствие теплового расширения решетки, а именно под воздействием электронного давления», — отметил Ян-Этьенн Пуделл из European XFEL.

Его коллега, руководитель исследовательского центра при Университете Потсдама Матиас Баргхер, добавил: «Мы наблюдаем прямое влияние электронов на атомную структуру, которое происходит в масштабе менее одной триллионной доли секунды».

Перспективы применения

Исследователи подчеркивают, что данные структуры поддаются «настройке»: меняя толщину слоев и подбор металлов, можно управлять характером колебаний. Это открывает широкие возможности для применения технологии в различных областях:

  • Управление процессами переноса энергии на ультракоротких временных отрезках.
  • Контроль химических реакций на поверхности материалов.
  • Разработка новых методов воздействия на наноструктуры в плазмохимии.

Таким образом, данное открытие меняет представление о том, как свет взаимодействует с веществом, доказывая, что лазерные импульсы могут инициировать прямое механическое воздействие на атомном уровне.