Een film van miljarden frames per seconde heeft voor het eerst de trillingen van gouden nanokristallen in verbluffend detail vastgelegd.

De film, die werd gemaakt met behulp van 3D-beeldvorming, een pionier in het London Centre for Nanotechnology (LCN) aan de UCL, onthult belangrijke informatie over de samenstelling van goud. De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap .

Jesse Clark, van de LCN en hoofdauteur van het artikel zei:"Net zoals de geluidskwaliteit van een muziekinstrument veel details kan geven over de constructie, zo ook kunnen de trillingen die in materialen worden waargenomen belangrijke informatie verschaffen over hun samenstelling en functies."

"Het is absoluut verbazingwekkend dat we snapshots van deze bewegingen op nanoschaal kunnen vastleggen en films van deze processen kunnen maken. Deze informatie is cruciaal om de reactie van materialen na verstoring te begrijpen."

Wetenschappers ontdekten dat de trillingen ongebruikelijk waren omdat ze overal in het kristal op precies hetzelfde moment beginnen. Eerder werd verwacht dat de effecten van de excitatie met de snelheid van het geluid door het gouden nanokristal zouden reizen, maar ze bleken veel sneller te zijn, d.w.z., supersonisch.

De nieuwe afbeeldingen ondersteunen theoretische modellen voor lichtinteractie met metalen, waar eerst energie wordt overgedragen aan elektronen, die de veel langzamere beweging van de atomen kunnen kortsluiten.

Het team voerde de experimenten uit in het SLAC National Accelerator Laboratory met behulp van een revolutionaire röntgenlaser genaamd de "Linac Coherent Light Source". De pulsen van röntgenstralen zijn extreem kort (gemeten in femtoseconden, of quadriljoensten van een seconde), wat betekent dat ze alle beweging van de atomen in elk monster kunnen bevriezen, waardoor alleen de elektronen nog in beweging zijn.

Echter, de röntgenpulsen zijn zo intens dat het team enkele snapshots kon maken van de trillingen van de gouden nanokristallen die ze aan het onderzoeken waren. De trilling werd gestart met een korte puls van infrarood licht.

De trillingen werden korte tijd later in 3D afgebeeld met behulp van de coherente diffractie-beeldvormingsmethoden die in LCN door de Robinson-groep als pionier werden gebruikt. De 3D-films onthullen in prachtige details de vervormingen die plaatsvinden in het nanokristal, met de snelste trillingen die zich elke 90 picoseconden herhalen.

Professor Robinson, ook van het LCN en de groepsleider, zei:"Dit werk is een indrukwekkend voorbeeld van teamwork door ongeveer honderd mensen bij SLAC. De lineaire versneller SLAC werd in 1957 gebouwd als directe reactie op het nieuws van Spoetnik.

"Na boeiende 50 jaar sensationele hoge-energiefysica, die machine is omgebouwd tot een laser door toevoeging van een 100 meter lange reeks magneten. Deze 3 km grote machine produceert een straal die gefocust is op een kristal kleiner dan een micron in een puls die zo kort is dat alle beweging van zijn atomen stil staat."