Прорыв, объявленный SLAC 17 декабря, стал результатом девяти лет работы и может помочь ученым лучше понять планетарные магнитные поля и усовершенствовать эксперименты по ядерному синтезу.
Свет как зонд
Команда под руководством ассистент-профессора SLAC Бена Офори-Окаи использовала терагерцовое излучение для измерения электропроводности без физического контакта в образцах алюминия, нагретых до 10 000 Кельвинов — почти вдвое больше температуры поверхности Солнца. Традиционные методы измерения требуют, чтобы провода или зонды касались материала, что невозможно при таких экстремальных температурах.
«Это самый точный метод измерения электропроводности в теплой плотной материи на сегодняшний день», — сказал Зигфрид Гленцер, директор отдела наук о высокой плотности энергии в SLAC.
В ходе экспериментов исследователи сначала быстро нагревали тонкие алюминиевые пленки лазером, создавая теплую плотную материю. Затем они направляли терагерцовое излучение на образец, которое индуцировало электрическое поле, которое можно было измерить бесконтактно, что позволило им рассчитать электропроводность.
Команда обнаружила, что электропроводность снижалась дважды по мере нагревания образца. Первое снижение произошло, как и ожидалось, когда алюминий перешел из твердого состояния в теплую плотную материю. Второе падение стало сюрпризом.
Для исследования этого явления ученые использовали мегаэлектронвольтный инструмент ультрабыстрой электронной дифракции SLAC в Linac Coherent Light Source. Пропуская высокоэнергетические электроны через образец, они зафиксировали изменения на атомном уровне, происходящие в течение миллионной доли миллионной доли секунды.
«Это позволило нам сопоставить второй скачок с моментом, когда структура теплой плотной материи алюминия изменяется с упорядоченной на неупорядоченную», — сказал Гленцер.
Применение в планетологии и термоядерном синтезе
Теплая плотная материя существует при экстремальных температурах и давлениях, обнаруженных в ядрах большинства звезд и многих планет, включая Землю. Понимание её электропроводности жизненно важно для моделирования планетарных магнитных полей и процессов ядерного синтеза.
Данная методика предоставляет эталонные данные для проверки теоретических моделей, которые было трудно верифицировать. Согласно исследованию, опубликованному в Nature Communications, измерения показали отличное согласие с расчетами на основе продвинутой теории функционала плотности при использовании соответствующих обменно-корреляционных функционалов.
Далее команда планирует применить этот метод к меди, вольфраму и железу. "Я с нетерпением жду проведения этих измерений на более сложных материалах, а также на материалах, имеющих отношение к ядру Земли, таких как железо," — сказал Офори-Окаи.
Комментариев нет:
Отправить комментарий