Смешаем лазер и рентген

Александр Гурьянов

Лучи света, будь то солнечные или лазерные, обычно не взаимодействуют и свободно проходят друг сквозь друга. Однако если интенсивность электромагнитных волн очень велика, то при пересечении в определенных средах между ними возникают взаимодействия. Их изучает специальный раздел оптики, называемой нелинейной. Он существует около столетия, а после изобретения лазеров в середине прошлого века и вовсе переживает особенный расцвет.

При определенных соотношениях частот лучей и их направлений среда распространения будет порождать излучение с измененным направлением и длиной волны, то есть цветом, если говорить о видимом диапазоне. При этом происходит перекачка энергии между возбуждающими волнами и/или во вновь родившуюся волну. Такие эффекты, называемые четырехволновыми взаимодействиями на нелинейности третьего порядка, обычно используют для создания новых лазеров и для изучения характеристик самой нелинейной среды, в частности ее кристаллической и электронной структуры.

До сих пор физики исследовали нелинейные эффекты в основном в видимом и близких к нему диапазонах электромагнитных излучений, например в инфракрасном. Команда же ученых из берлинского Института нелинейной оптики и короткоимпульсной спектроскопии имени Макса Борна и гамбургского Исследовательского центра по физике частиц, руководимая доктором Хорстом Роттке (Horst Rottke), недавно впервые получила новый вид четырехволнового взаимодействия с участием мягкого рентгеновского излучения.

Взаимодействие ультракоротких импульсов инфракрасного и рентгеновского излучения происходило в монокристаллах LiF. При этом энергия двух фотонов первого перекачивалась в один рентгеновский фотон, меняя его «цвет», или наоборот. Оказалось, что в таком взаимодействии участвуют внутренние электронные оболочки атома лития. Обычно переходы между ними оптически запрещены, то есть в других оптических процессах они обычно не задействованы. Для разных длин падающих рентгеновских волн физики выяснили эффективность перекачки, то есть впервые определили нелинейные восприимчивости кристалла для этих процессов.

Работа представляет как фундаментальный, так и прикладной интерес. Поскольку рентген способен селективно возбуждать электроны внутренних уровней в различных атомах и выбивать их, новый метод позволит изучить поведение и свойства самых разных материалов. Параметры этих процессов важны для фотохимических реакций или генерации носителей тока.

Подход исследователей можно адаптировать для более жесткого рентгена, генерируемого лазерами на свободных электронах, а это позволит селективно возбуждать электронные уровни самых разных атомов периодической системы Менделеева. При этом они могут быть в составе молекул разнообразных материалов.


Science Advances, 8, 20, 2022

Разные разности
Липучка против трипсов
Химики ищут замену инсектицидам, подсматривая за тем, как разные растения сами защищаются от вредных насекомых. Некоторые растения выделяют липкие вещества из так называемых железистых волосков. К ним прилипают насекомые-вредители и погибают. Эта стр...
Этанол против гриппа
Во время пандемии ковида в соцсетях распространилось видео, на котором наш соотечественник демонстрировал свой метод лечения ковида — ингаляцию парами этанола. Но тогда над ним посмеялись и отмахнулись. Похоже — зря. Японские исследователи ...
Пишут, что...
…за последнее десятилетие плотность тихоокеанских устриц Magallana gigas в двух заливах Южной Калифорнии увеличилась в 32 раза, что совпадает с летним повышением температуры морской воды на 2–4°C… …пластырь с микроиглами против ...
Маскировка, подсказанная цикадой
Тело цикады покрывают брохосомы. Эти структуры отлично поглощают свет, тем самым помогая ей маскироваться от животных, глаза которых видят в том числе и ультрафиолетовый свет. Используя 3D-принтер, исследователи создали искусственные аналоги брохосом...