Spektroskopi presisi dari polariton sinar-X

Presisi akurasi (Juni 2019).

Anonim

Ketika cahaya berinteraksi dengan materi, ia dapat dibelokkan atau diserap, menghasilkan eksitasi atom dan molekul; tetapi interaksinya juga dapat menghasilkan keadaan komposit cahaya dan materi yang bukan satu hal atau yang lain, dan karena itu memiliki nama polaritons mereka sendiri. Partikel-partikel hibrida ini, yang dinamakan dalam referensi terhadap partikel cahaya, foton, kini telah disiapkan dan diukur secara akurat untuk pertama kalinya di bidang sinar-X keras oleh para peneliti DESY, ESRF di Grenoble, Helmholtz Institute di Jena dan Universitas Jena. Dalam jurnal Nature Photonics, mereka mendeskripsikan penemuan mengejutkan yang mereka buat dalam prosesnya.

Dari sudut pandang ilmiah, polariton adalah jenis kuasipartikel yang sangat menarik. Para ilmuwan baru-baru ini berhasil menggunakan polariton untuk menciptakan jenis baru sumber cahaya laser yang terlihat yang tidak tergantung pada emisi terstimulasi yang diperlukan pada laser konvensional. Jika teknologi ini dapat ditransfer ke bidang sinar-X, itu bisa berfungsi sebagai dasar untuk jenis baru laser sinar-X pita sempit.

Polariton dapat dibuat dengan sangat baik menggunakan atom yang nukleusnya memiliki status eksitasi yang sangat tajam, yang disebut resonansi. Dalam domain sinar-X, Mössbauer isotop besi-57 (57Fe), yang inti atomnya menampilkan resonansi energi yang sangat sempit pada energi 14, 4 kilo-elektronvolts (keV), sangat ideal untuk tujuan ini. Untuk percobaan mereka, para ilmuwan memproduksi tumpukan periodik yang terbuat dari lapisan bolak-balik dari 56Fe dan yang tidak-resonansi, yang merupakan isotop besi yang paling umum, masing-masing kurang dari dua nanometer tebal. Ketika sinar-X dari sumber synchrotron bersinar pada semacam atom periodik pada sudut tertentu, lapisan bertindak sebagai penguat untuk sinar-X: resonansi terjadi pada energi yang sama persis seperti yang ditampilkan oleh nukleus 57Fe. "Kombinasi dari dua sistem resonansi yang berbeda menimbulkan fenomena yang luar biasa, " jelas Johann Haber, penulis utama studi dan mahasiswa doktoral di DESY. "Resonansi sinar X dan inti atom tampaknya mencoba dan keluar dari cara masing-masing, karena hibrida atom dan cahaya terbentuk, yang menampilkan dua resonansi baru yang memiliki energi berbeda yang tidak ada sebelumnya." Ini adalah apa yang disebut efek kolektif yang disebabkan oleh interaksi timbal balik dari sejumlah besar inti atom dengan sinar-X. "

Pemisahan tingkat energi resonansi baru ini sangat bergantung pada interaksi antara inti dan sinar-X. Dalam percobaan mereka, para ilmuwan untuk pertama kalinya dapat menentukan struktur spektral dari resonansi sistem seperti itu dengan presisi yang sangat tinggi. Mereka dibantu dengan metode deteksi baru yang dikembangkan oleh tim di sekitar Ingo Uschmann, seorang peneliti dari Jena. Metode ini mampu memisahkan sinyal inti atom dari sinyal latar belakang dengan tingkat sensitivitas yang sangat tinggi. Berkat alat ini, para ilmuwan berhasil mengukur dua resonansi baru, yang dipisahkan oleh hanya 37, 3 nano-elektronvolts dan yang dapat dikaitkan dengan penciptaan polariton. "Kami mampu memberikan deskripsi teoritis yang sangat baik dari hasil menggunakan model kuantum-optik yang khusus dikembangkan untuk tujuan ini, " kata Johann Haber.

"Mampu mempersiapkan dan mengukur polariton jenis ini dalam rentang X-ray adalah langkah penting di jalan menuju penciptaan medan radiasi presisi tinggi oleh sumber sinar-X modern, terutama oleh laser X-ray baru, " jelas Ralf Röhlsberger, peneliti dari DESY yang bertanggung jawab atas kelompok kerja ini. "Emisi simultan banyak foton identik selama peluruhan polariton nuklir dapat menyebabkan sumber cahaya yang sangat sempit, non-klasik dalam rentang X-ray, dan membuka jalan untuk aplikasi baru dalam spektroskopi presisi tinggi." Pada saat yang sama, percobaan adalah langkah lebih lanjut menuju pembentukan optik kuantum dalam domain X-ray.

menu
menu