Login
Main menu

Ultra brza laserska spektroskopija svjetla – nov način za otkrivanje svojstva materijala

Znanstvenici s američkog ministarstva za energiju "Ames Laboratory" otkrivaju tajne novih materijala, i to uz primjenu iznimno brze laserske spektroskopije, slično kao i kod primjene ultra brzog fotografiranja kod kojih nam takve slike otkrivaju suptilne pokrete i promjene unutar materijala. Vidjeti dinamiku materijala na ovaj nov način jedna je od strategija za bolje razumijevanje kako se novi materijali ponašaju, kako bismo ih mogli koristiti za omogućavanje novih energetskih tehnologija.

Laser-600px 1k

Fizičar Jigang Wang i njegove kolege u zadnje vrijeme koriste ultra - brzu Lasersku spektroskopiju kako bi ispitali i objasnili tajanstvena elektronska svojstva supravodiča na bazi željeza. Rezultat je objavljen u časopisu "Nature Communications ovog mjeseca".

Supravodiči su materijali kod kojih specifični električni otpor nestaje kada se ohlade ispod određene temperature, karakteristika koja bi jednoga dana mogla omogučiti distribuciju električne energije bez gubitaka. Supravodljivost započinje u "normalnom" često magnetskom stanju vodiča da bi prešao u stanje supervodiča kada se ohladi na određenu temperaturu.

 

Ono što je još uvijek ostaje misterij je što se događa u materijalima kada prijelaze iz normalnog u supravodljivo stanje. To neobjašnjivo tranzicijsko "pomalo neuredno međustanje" ponašanja supravodiča sadrži bogatiju informaciju o tome zašto i kako supravodljivost nastaje mnogo više nego samo stabilno supravodljivo stanje vodiča.

"Stabilno stanje materijala nije toliko zanimljivo kao prijelazno razdoblje tj. tranzicija kada je pitanju razumijevanje mehanizama materijala, jer je sve smireno i nema puno akcije za promatranje. No u ovom prijelaznom području ka supravodljivosti, možemo proučavati dinamiku procesa, vidjeti što se događa, kada i gdje, a te će nam informacije puno reći o međudjelovanju supravodljivosti i magnetizma", rekao je Wang , koji je ujedno i profesor fizike i astronomije na "Iowa State University".

Izazov je što u prijelaznom području, svi različiti skupovi svojstava materijala koje znanstvenici proučavaju, poput njegove magnetske ili elektronske strukture, svi su objedinjeni. Drugim riječima, kada se promjena dešava na jednom skupu svojstava, mijenjaju se i sva ostala svojstva. Dakle, stvarno je teško pratiti dominantne pojedinačne promjene i svojstva u procesu.

Složenost ovog objedinjenog stanja materijala proučavano je inovativnim radom od strane istraživačkih skupina na "Ames Laboratory" u proteklih pet godina. Paul Canfield, znanstvenik i stručnjak sa "Ames Laboratory" za projektiranje i razvoj supravodljivih materijala na bazi željeza, stvorio je i okarakterizirao pojedinačne kristale vrlo visoke kvalitete koji su se koristili u ovom istraživanju. Ovi visokokvalitetni pojedinačni kristali su bili izuzetno dobro okarakterizirani drugim istraživačkim tehnikama te su u biti na čekanju za njihovu završnu analizu pod Wang-ovom ultra brzom laserskom spektroskopijom .

Wang-ova ekipa koristi ultra brzu lasersku spektroskopiju da "vidi" sitne radnje u materijalima. U ultra brzoj laserskoj spektroskopiji znanstvenici primijenjuju pulsirajući laser na uzorak materijala da pokrenu čestice u uzorku. Nešto od laserskog svjetla apsorbira se u materijalu, ali svjetlo koje prolazi kroz materijal može se iskoristiti za dobivanje super brzih snimaka onoga što se događa u materijalu nakon laserskog pulsa, a zatim se ponovno pregledavaju usporeno i objedinjeno kao "stop motion movie".

Tehnika je posebno dobro prilagođena za razumijevanje prijelaznog područja supravodljivih materijala na bazi željezo - arsenida, jer laserska uzbuda mijenja materijal  tako da se postižu različita svojstva materijala koja se vremenski razlikuju jedna od drugih, čak se i najsuptilnije promjene svojstava materijala mogu uočiti.

"Ultra brza laserska spektroskopija je novi eksperimentalni alat za proučavanje ponašanja dinamičnih pojava u složenim materijalima kao što su supravodiči bazirani na željezu. Naime osobito možemo odgovoriti na pitanje postoji li elektronima upravljan nematički red kao samostalna faza u supravodičima na bazi željeza, jer materijali ove vrste prijelaze iz magnetskog normalnog stanja u supravodljivo stanje. Odgovor je potvrdan, a to je važno za naše cjelokupno razumijevanje pojave supravodljivosti u ovoj vrsti materijala" rekao je Wang.

izvor: www.ameslab.gov