Wysiłki w tym zakresie poczynili autorzy publikacji zamieszczonej na łamach Proceedings of the National Academy of Sciences. Do wyjaśnienia dynamiki strukturalnej krystalicznych materiałów postanowili oni wykorzystać obserwacje w wysokiej rozdzielczości oraz skorzystać z dobrodziejstw promieniowania rentgenowskiego.
Czytaj też: Kwantowy silnik bozonowo-fermionowy podbija świat nauki. Na czym polega ta technologia?
Problem z różnego rodzaju materiałami, takimi jak na przykład metale czy ceramika, odnosi się do trudności związanych z ich modelowaniem. W związku z tym naukowcy muszą stosować sztuczki, które pozwolą to zmienić. Członkowie zespołu stojącego za dokonaniami opisanymi w tytule przeprowadzili obserwacje z rozdzielczością 100 nanometrów.
Osobne wyzwanie stanowiła skala czasowa zachodzących w takich materiałach zmian. Z tego względu trzeba było uporać się z wpływem czynników zewnętrznych na kryształ, na przykład w postaci ciepła bądź energii elektrycznej. Zmiany te są trudne do mierzenia ze względu na fakt, że ich występowanie może być liczone w mikro-, piko- a nawet nanosekundach.
Gdy przez materiał przechodzą fale dźwiękowe, to trwa to mniej niż milisekundę. Dzięki wspólnym wysiłkom badaczy ze Stanów Zjednoczonych i Danii udało się uwiecznić rozchodzenie tych fal. Miało ono miejsce w diamencie o grubości jednego milimetra. Jak wyjaśnia jeden z autorów, Henning Friis Poulsen, metoda wykorzystana przez członków zespołu jest wyjątkowa, ponieważ cechuje się szybkością i nieinwazyjnością. Co więcej, można ją zastosować względem wielu różnych kryształów.
Fale dźwiękowe rozchodzące się w krysztale pozwalają na lepsze zrozumienie jego struktury
Szczególnie niesamowicie brzmią okoliczności, w jakich zaprojektowano sprzęt potrzebny do przeprowadzenia obserwacji. Autorzy wykorzystali w tym celu długi na 3 kilometry laser rentgenowski, na końcu którego umieścili mikroskop. Brzmi to wręcz komicznie: długie na kilka kilometrów urządzenie zostało użyte do zbadania próbki mającej milimetr średnicy. A wszystko po to, by dostrzec rozchodzącą się falę dźwiękową, której obecność trwa milionową część sekundy.
Czytaj też: Nie ma antygrawitacji. Naukowcy sprawdzili, jak zachowuje się antymateria
Ostatecznie do sieci trafiły trzy różne nagrania. Rzecz jasna możecie podziwiać je u nas. Sami zainteresowani podkreślają natomiast, że ich podejście będzie bardzo uniwersalne i powinno przydać się w kontekście badania szerokiego zakresu ultraszybkich zjawisk strukturalnych, pozostających do tej pory poza zasięgiem. Jeśli chodzi o ścieżki potencjalnych zastosowań tej metody, to mówi się między innymi o fizyce ciała stałego, materiałoznawstwie czy geonaukach. Co ciekawe, do osiągnięcia sukcesu, jakim niewątpliwie było stworzenie powyższych nagrań, naukowcy wykorzystali pojedynczy impuls rentgenowski o długości mniejszej niż tysięczna część nanosekundy. Do tej pory granicą dla badaczy była skala mikrosekundowa. Teraz pozostaje nam czekać na praktyczne korzyści płynące z tego przełomu.