Οι εξαιρετικά γρήγοροι παλμοί ακτίνων Χ αποκαλύπτουν πώς ένα στερεό λιώνει στο υγρό
Με τη λάμψη μιας σειράς εξαιρετικά γρήγορων παλμών ακτίνων Χ σε ένα συμπαγές υλικό, οι επιστήμονες μπόρεσαν να συλλάβουν την απίστευτα ταχεία διαδικασία τήξης σε πρωτοφανείς λεπτομέρειες. Τα ευρήματά τους αναφέρονται στο περιοδικό Nature Physics.
Η τήξη είναι μια μετάβαση φάσης που συμβαίνει όταν ένα στερεό μετατρέπεται σε υγρό. Πρόκειται για μια πολύπλοκη διαδικασία που περιλαμβάνει το σπάσιμο των δεσμών μεταξύ ατόμων ή μορίων. Μελετώντας τη διαδικασία τήξης σε ατομικό επίπεδο, οι επιστήμονες μπορούν να αποκτήσουν πληροφορίες για τη θεμελιώδη συμπεριφορά της ύλης.
Τα πειράματα διεξήχθησαν στο Linac Ceherent Light Source (LCLS), ένα λέιζερ ελεύθερου ηλεκτρονίου που βρίσκεται στο Κέντρο Γραμμικής Επιταχυντής του Stanford στο Menlo Park της Καλιφόρνια. Το LCLS παράγει εξαιρετικά φωτεινά, μικρά παλμούς ακτίνων Χ που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση υλικών σε ατομικό επίπεδο.
Στα πειράματα, οι ερευνητές κατευθύνουν τους παλμούς ακτίνων Χ σε ένα λεπτό στόχο πυρίτιο, ένα υλικό ημιαγωγού. Στη συνέχεια ανέλυσαν τις διάσπαρτες ακτίνες Χ για να προσδιορίσουν την ατομική διάταξη στο πυρίτιο καθώς λειώθηκε.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η διαδικασία τήξης αρχίζει με το σχηματισμό μικρών, υγρών σταγονιδίων στην επιφάνεια του πυριτίου. Αυτά τα σταγονίδια αναπτύσσονται και τελικά συγχωνεύονται μαζί για να σχηματίσουν ένα υγρό στρώμα. Ολόκληρη η διαδικασία τήξης εμφανίστηκε σε λιγότερο από ένα δισεκατομμύριο δευτερόλεπτα.
Οι ερευνητές παρατήρησαν επίσης ότι η διαδικασία τήξης επηρεάζεται από την παρουσία ελαττωμάτων στο πλέγμα πυριτίου. Αυτά τα ελαττώματα λειτουργούν ως θέσεις πυρήνωσης για το σχηματισμό υγρών σταγονιδίων.
Η ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Philip H. Bucksbaum στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντών SLAC εξηγεί τη σημασία αυτών των ιδεών με τις πρακτικές εφαρμογές τους, συμπεριλαμβανομένης της βελτίωσης των σημερινών βιομηχανικών υλικών και των τεχνολογιών, αξιοποιώντας τη δυναμική τήξης σε κλίμακες μήκους σε πεδία, συμπεριλαμβανομένης της μικροηλεκτρονικής, της παραγωγής πρόσθετων, της τρισδιάστατης εκτύπωσης, της φυσικής της πλανητικής πυκνότητας, της πλανητικής επιστήμης και των πυρηνικών επιστημών.
Οι επιστήμονες λένε ότι τα ευρήματά τους θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη νέων υλικών που είναι ανθεκτικά στην τήξη ή που έχουν ένα συγκεκριμένο σημείο τήξης. Πιστεύουν επίσης ότι το έργο τους θα μπορούσε να βοηθήσει στη βελτίωση της κατανόησης των γεωλογικών διεργασιών όπως οι ηφαιστειακές εκρήξεις.
