傅里叶变换无弹性X射线散射测量原子振动更快，更准确

红外激光脉冲（以红色示出）导致原子以露出原子之间的力的方式振动，这反过来决定电子，热量和光通过材料。一种新技术比以前更快，更准确地测量这些振动。格雷格·斯图尔特/ SLAC

使用称为傅里叶变换无弹性X射线散射的新方法，科学家能够更快，更准确地测量微妙的原子振动。

由两个SLAC /斯坦福机构的科学家领导的国际团队制定了更快，更准确地测量微妙的原子振动，使材料的重要隐藏性能。

该提前将帮助研究人员设计具有理想但难以捉摸的特征的新材料，例如室温超导或有效地将热量转化为电力的能力。

由David Reis和Mariano Trigo领导的团队，他是斯坦福脉冲学院和斯坦福材料和能源科学院的成员，在12月份的自然物理问题上发表了它的成果。

新方法，称为傅里叶变换无弹性X射线散射，击中了一种材料样品 - 在这种情况下，半导体锗 - 具有两个强烈的不同颜色的超短激光脉冲。红外光的第一脉冲，将样品的原子罐成富有的，相干的振动模式。接下来，来自SLAC的LINAC相干光源（LCLS）的X射线突发到材料上并以揭示该瞬间的原子的位置的方式散射到敏感的探测器上。通过改变两种脉冲之间的时间，科学家可以以前所未有的精确度捕获振动原子的运动。他们使用这些信息来计算原子之间的力，这在确定电子，热量和光通过材料时至关重要。

随着LCLS的120次脉冲的重复率，该团队在几个时间内聚集在几周内需要数周的信息，以常规技术累积，伊利诺伊大学的彼得阿巴蒙特表示，在同一问题的自然物理学中发表的评论。

“传统方法只能在一次测量原子振动一个波长的频率，并且来自极定的信号，”REIS说。“结果，他们需要很长时间才能收集足够的数据以确保结果。”

通过比较，Trigo表示，新方法“就像击中钢琴的一侧并一次测量所有字符串的振动，与一次只侦听微弱的声音。”

REIS补充说：“我们的新技术需要X射线自由电子激光器如LCLS的极高峰值亮度。由于这些来源的大波动，它目前还需要精致的探测器，并且在大数据集上进行广泛的数据处理。即便如此，这些工具使我们能够更快地使这些测量更快，并且具有比以前更高的精度更高，而且事情只能通过预期的设备改进，随着我们获得更多经验。“

这种初始原则上的原则证明正确地确定了锗的已知振动模式和外部力。未来的实验将检查具有尚未理解的理想性质的材料，例如铜酸铜高温超导体或热电材料，例如将热量直接转化为电力的碲化物。

“利用各种技术的几个群体对内部原子力量的解释相互矛盾，即给予碲化物的特殊属性，”Reis说。“某人进来并找到真相的情况成熟，我们打算很快就会做。”

出版物：M. Trigo等，“傅里叶变换无弹性X射线散射，来自时动力依赖性的声子 - 声子相关，”自然物理9,790-794（2013）; DOI：10.1038 / nphys2788

研究报告的PDF副本：通过动态Casimir效应的声学模拟直接测量固体中的时间依赖性密度密度相关性

图像：格雷格·斯图尔特/ SLAC