SLAC запускает сверхсовременный рентгеновский лазер для исследований будущего

Исследователи SLAC National Accelerator Laboratory отмечают завершение значительного обновления первого в мире твердотельного рентгеновского лазера с свободными электронами (XFEL) - Linac Coherent Light Source ( LCLS ). Благодаря этому усовершенствованию, мощность луча увеличится в среднем в 10 000 раз, а количество импульсов в секунду возрастёт в 8000 раз, достигая миллиона импульсов в секунду. Это открывает новые горизонты в исследованиях материалов, физики, химии и биологии.

Однако для проведения выдающихся научных экспериментов необходимы не только мощные лазерные импульсы, но и передовые научные инструменты. Новые инструменты LCLS, chemRIXS и qRIXS, используют метод резонансного неупругого рассеяния рентгеновских лучей (RIXS), который позволяет изучать свойства материалов на микроскопическом уровне.

Георгий Даковски, ведущий учёный SLAC, подчеркивает, что RIXS - это быстро развивающаяся техника, способная предоставить уникальную информацию о поведении материалов. С обновлённым LCLS-II RIXS теперь может наблюдать за преобразованиями материалов во времени, отслеживая поток энергии внутри материала, взаимодействие электронного заряда и спина, а также колебания и взаимодействие атомов.

Особый интерес вызывает изучение молекул, таких как фотосистема II (PS-II), ключевого белкового комплекса в растениях, водорослях и цианобактериях, который разделяет воду, выделяя кислород. Эксперименты на инструменте chemRIXS дадут больше информации о этом процессе, что способствует разработке новых искусственных фотосинтетических систем, производящих чистую и возобновляемую энергию из солнечного света и воды.

На инструменте qRIXS учёные изучат свойства квантовых материалов, приводящих к явлению комнатной сверхпроводимости и другим феноменам. Особый интерес представляют купраты - класс необычных сверхпроводящих материалов, способных проводить электрический ток без потерь при неожиданно высоких температурах.

Также в рамках обновления LCLS-II был введён инструмент Time-resolved Atomic, Molecular and Optical Science (TMO), который позволяет изучать ультракороткие рентгеновские импульсы, длящиеся всего несколько сотен аттосекунд (миллиардные доли миллиардной доли секунды). Это даст возможность исследовать процессы на атомном уровне и разрабатывать новые катализаторы и источники чистой энергии.

LCLS-II, оснащённый новыми возможностями и обновлённым набором инструментов, поможет учёным решать множество важных научных задач, захватывая детальные моментальные снимки быстро протекающих процессов, недоступных для других источников света.