یک روش حساسِ فمتوثانیه‌ای حاکی از نخستین گام‌ها در ایجاد نانوپلاسما به هنگام برخورد پالس‌های قدرتمند پرتوی‌ X با نانوذرات است.

پالس‌های پرانرژی و با شدت بالایی که در لیزرهای الکترون آزادِ پرتوی X )XFEL( در دسترسند منجر به مطالعات جدیدی از ساختار اجسام نانومقیاس مانند پروتئین‌ها شده‌ است. اما برای تفسیر درست آزمایش‌ها، پژوهشگران هنوز نیاز دارند تا به چگونگی برهمکنش بین پرتوهای X و ماده پی ببرند. اکنون یوشیاکی کوماگایی Yoshiaki Kumagai و همکارانش در دانشگاه توکیوی ژاپن به اولین نشانه‌ها در خلق به اصطلاح نانوپلاسماها که در برخورد پالس‌های قدرتمند پرتوی X و خوشه‌ای از چندهزار اتم ظاهر می‌شود دست یافته‌اند.

به علت دشواری اندازه‌گیری رویدادهای بسیار سریع، فرآیند ایجاد نانوپلاسما تا به حال روشن نبوده است اما کوماگایی و همکارانش از روش نوین خود که تفکیک زمانیِ فمتوثانیه‌ای (fs) دارد استفاده کردند. آن‌ها خوشه‌ای از 5000 اتم زنون را با پالس‌های اشعه‌ی X متلاشی کرده و سپس یک پالس نزدیکِ فروسرخ )NIR( را به کار گرفتند که باعث یونش اتم‌های اضافی با یک تاخیر زمانی قابل کنترل می‌شد.

این گروه بخش‌های یونی ایجاد شده را بر حسب تاخیر زمانی اندازه‌گیری کرده و متوجه شدند که تعداد یون‌های Xe⁺ ظرف 12 فمتوثانیه زیاد شد و سپس در بازه‌ی زمانیِ چند صد فمتوثانیه کاهش پیدا کرد. آن‌ها این داده‌ها را با مدل نظری و داده‌های آزمایش‌هایی که تک اتم‌های زنون یونیزه شده بودند مقایسه ‌کردند.

پژوهشگران به این نتیجه رسیدند که پالس اولیه‌ی پرتوی X و تولید کننده‌‌ی پلاسما، خیلی سریع تعداد بسیار زیادی اتم خنثی اما به شدت برانگیخته‌ی زنون (Xe*) ایجاد می‌کند که می‌توانند توسط فوتون‌های نسبتاً کم انرژیِ NIR یونیزه شوند. افزایش مشاهده شده در یون‌های Xe⁺ در زمان‌های تاخیر کوچک نشان می‌دهد یک رشد اولیه‌ی سریع در جمعیت Xe* وجود دارد- اتم‌هایی که از طریق برخورد به نوبه خود یون‌های Xe⁺ بسیاری در پلاسما ایجاد می‌کنند. تیم تحقیقات این اتم‌های تازه کشف شده‌ی Xe* را «دریچه-حالتهایی رو به تولد نانو پلاسما» نامگذاری کرده‌اند زیرا منبع مهمی از یون‌های پلاسما هستند.

این تحقیق در Physical Review X به چاپ رسیده است.

منبع

Observing the Birth of a Nanoplasma