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 ۵۰۰۰ 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 ۱۲ 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