Как долго на самом деле материалы меняют свою структуру? Новое открытие ученых меняет представление

Передовые эксперименты с использованием рентгеновской фотонной корреляционной спектроскопии (XPCS) в Линейном когерентном источнике света (LCLS) привели к неожиданному открытию, которое может изменить наше понимание фазовых переходов в материалах. Исследователи обнаружили, что преобразование материала, состоящего из слоев титаната свинца и титаната стронция, в структуру «суперкристалла» происходит в течение времени, которое в 100 000 раз дольше, чем предполагалось ранее.
Как долго на самом деле материалы меняют свою структуру? Новое открытие ученых меняет представление
Изображение носит иллюстративный характер

Международная группа ученых из SLAC National Accelerator Laboratory, Стэнфордского университета, Пенсильванского государственного университета, Аргоннской национальной лаборатории, Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, Индийского института науки, Калифорнийского университета в Беркли и Университета Райса обнаружила, что фазовый переход, вызванный одним импульсом света, длится десятки миллисекунд, а не сотни наносекунд, как считалось ранее.

«Мы обнаружили, что процесс трансформации намного сложнее и длительнее, чем мы думали», – отметил Аарон Линденберг, профессор SLAC и Стэнфордского университета, соавтор исследования. «Это открытие имеет фундаментальное значение для понимания динамики фазовых переходов в материалах».

Исследователи применили метод «накачка-зондирование», где одиночный импульс видимого света запускает переход, а рентгеновские импульсы отслеживают трансформацию через различные временные интервалы. Рассеянный рентгеновский свет создает спекл-картины, которые кодируют информацию о происходящих изменениях. Этот подход позволил ученым изучить фазовые переходы на разных масштабах – от атомного уровня до размеров, приближающихся к диаметру человеческого волоса.

Особенно важным открытием стала гетерогенность процесса трансформации. «Различные части материала изменяются по-разному и с разной скоростью», – пояснил Венкатраман Гопалан, профессор Пенсильванского государственного университета и соавтор исследования. «Это указывает на то, что в сложных материальных системах происходит коррелированное движение на границах фаз».

Результаты исследования, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, бросают вызов традиционному пониманию фазовых переходов. Фазовые изменения лежат в основе многих технологий, включая цифровую память в смартфонах, и понимание этих процессов является ключом к созданию материалов с определенными свойствами.

Новые знания о динамике фазовых переходов могут привести к разработке материалов для более быстрых переключающих устройств и технологий хранения информации с меньшими энергозатратами. Кроме того, метод XPCS открывает двери для исследования подобных процессов в других материальных системах.

До этого исследования ученые не могли напрямую визуализировать эти трансформации в реальном времени с такой детализацией. Предыдущие методы исследования не позволяли увидеть «скрытые» детали процесса фазового перехода, которые оказались критически важными для полного понимания поведения материалов.


Новое на сайте

19989Шесть историй, которые умещаются на ладони 19986Как 30 000 аккаунтов Facebook оказались в руках вьетнамских хакеров? 19985LofyGang вернулась: как бразильские хакеры охотятся на геймеров через поддельные читы 19984Автономная проверка защиты: как не отстать от ИИ-атак 19983Взлом Trellix: хакеры добрались до исходного кода одной из ведущих компаний по... 19982Почему почти 3000 монет в норвежском поле перевернули представление о викингах? 19981Как поддельная CAPTCHA опустошает ваш счёт и крадёт криптовалюту? 19980Слежка за каждым шагом: как ИИ превращает государство в машину тотального контроля 19979Как хакеры грабят компании через звонок в «техподдержку» 19978Почему именно Нью-Йорк стал самым уязвимым городом восточного побережья перед... 19977Как одна команда git push открывала доступ к миллионам репозиториев 19976Зачем древние народы убивали ножами и мечами: оружие как основа власти 19975Как Python-бэкдор DEEPDOOR крадёт ваши облачные пароли незаметно? 19974Послание в бутылке: математика невозможного 19973Почему ИИ-инфраструктура стала новой целью хакеров быстрее, чем ждали все?
Ссылка