پژوهشگران پالس‌های یون شکفت‌انگیز با مدت کمتر از ۵۰۰ پیکوثانیه تولید می‌کنند
پژوهشگران دانشگاه فنی وین (TU Wien) موفق به ایجاد یک نوآوری مهم در زمینه بررسی سطح شده‌اند. آنها تکنیکی جدید برای تولید و کنترل پالس‌های فوق‌العاده کوتاه یون (ذرات باردار) توسعه داده‌اند.
این نوآوری اجازه می‌دهد واکنش‌های شیمیایی و دیگر فرایندهای سریع سطحی به صورت زمان واقعی مشاهده شوند و بینش بی‌سابقه‌ای در مورد چگونگی وقوع این رویدادها فراهم می‌آورد.
پروفسور ریچارد ویلهلم از TU Wien توضیح داد که در حالی که از پرتوهای یونی برای بررسی، تمیز کردن و تغییر سطوح استفاده شده است، آنها فقط نتیجه نهایی را نشان می‌دهند.
“معمولاً، با این حال، شما فقط محصول نهایی را می‌بینید: شما یون‌ها را به سطحی شلیک می‌کنید و سپس نگاه می‌کنید که چگونه ماده تغییر کرده است.” وی اظهار کرد.
“مشکل بزرگ تا به حال این بوده است که پالس‌های یونی به قدری کوتاه تولید شوند که بتوان از آنها برای دنبال کردن روند زمانی برخورد استفاده کرد.”
زمان‌بندی بی‌سابقه و رویکرد چند مرحله‌ای
پالس‌های یون تازه تولید شده کمتر از ۵۰۰ پیکوثانیه دوام دارند، که دوره‌ای بسیار کوتاه است که حتی نور تنها ۱۵ سانتیمتر سفر می‌کند.
“این هنوز میلیون‌ها بار طولانی‌تر از کوتاه‌ترین پالس‌های لیزری در جهان است که در مقیاس زمانی آتوثانیه عمل می‌کنند.” ذکر شده در اطلاعیه مطبوعاتی. اگرچه هنوز طولانی‌تر از کوتاه‌ترین پالس‌های لیزر است، این مقیاس زمانی برای تحلیل سطح ایده‌آل است.
نکته برجسته این روش شکفت‌انگیز شامل چندین مرحله است. ابتدا، یک پالس لیزری به کاتد برخورد می‌کند که باعث آزاد شدن الکترون‌ها می‌شود. سپس این الکترون‌ها به سمت هدف فولاد ضد زنگ تسریع می‌شوند، جایی که اتم‌هایی مانند هیدروژن و اکسیژن جمع می‌شوند.
“اتم‌های خاصی همیشه روی سطح فولاد ضد زنگ جمع می‌شوند، مانند هیدروژن و اکسیژن.” ویلهلم توضیح داد.
پس از برخورد، برخی از اتم‌ها آزاد شده و یونیزه می‌شوند. میدان‌های الکتریکی سپس برای انتخاب و هدایت دقیق اتم‌های یونیزه شده به عنوان یک پالس یون کوتاه و متمرکز به سطح تحت تحلیل استفاده می‌شوند.
“به دلیل اینکه این فرایند توسط یک پالس لیزری شروع می‌شود، ما می‌توانیم بسیار به دقت کنترل کنیم که چه زمانی پالس یون باید تولید شود و چه زمانی باید به سطح برخورد کند.” ویلهلم اظهار کرد. این امر به دانشمندان اجازه داد تا سطح‌ها را در مراحل مختلف یک واکنش شیمیایی بررسی کنند، همه اینها در مقیاس پیکوثانیه.
توسعه‌های آتی برای پالس‌های حتی کوتاه‌تر
ابتدا متمرکز بر پروتون‌ها، این تکنیک قابل تطبیق برای یون‌های دیگر مانند کربن و اکسیژن، و حتی برای یون‌های خنثی و بار منفی است.
توسعه‌های بیشتری برای کوتاه‌تر کردن مدت زمان پالس یون با استفاده از میدان‌های الکترومغناطیسی شکل‌دار منحصر به فرد در نظر گرفته شده است، که قابلیت‌های تحلیل سریع سطحی را بهبود می‌بخشد.
پروفسور ویلهلم خوش‌بینی خود را در مورد این روش جدید بیان کرد و پتانسیل آن برای بررسی فرایندهای فوق‌العاده کوتاهی را که قبلاً قابل مشاهده نبودند، برجسته کرد.
هنگام ترکیب با فناوری‌های کنونی مانند میکروسکوپی الکترونی فوق‌سریع، می‌تواند راه‌های جدیدی برای درک شیمی و فیزیک سطح ارائه دهد.
این تکنیک جدید روش‌های موجود مانند طیف‌سنجی لیزری فوق‌سریع را تکمیل می‌کند و به پژوهشگرانی که به دنبال بازگشایی دینامیک پیچیده دنیای فیزیکی هستند، کمک می‌کند.
“ما یک تکنیک جدید و فوق‌العاده کارآمد برای بررسی فرایندهای فوق‌العاده کوتاهی که دینامیک زمانی آنها قبلاً قابل بررسی نبود را توسعه داده‌ایم.” ویلهلم نتیجه‌گیری کرد.
