“Ví dụ, có thể dùng áp dụng để làm biến đổi trật tự từ trong những chất liệu tiên tiến, nhưng thường thì người ta không rõ lắm ánh sáng đó làm được những gì, ở cấp độ vi mô, để gây ra nh[r]
(1)Dùng laser lập đồ các liên kết hóa học Các nhà khoa học Mĩ là người đầu tiên kết hợp laser hồng ngoại và laser tia X để nghiên cứu tính chất điện tử vật chất Kĩ thuật cho chiếu ánh sáng hồng ngoại vào mẫu kim cương đồng thời rọi tia X Một phần ánh sáng bị hấp thụ các electron hóa trị kim cương và lượng nó đó truyền sang phần tia X tán xạ từ mẫu Điều này cho phép đội khoa học phân biệt tia X tương tác với các electron hóa trị và tia X tán xạ từ các electron lõi mẫu – cái trước đây chưa làm Kĩ thuật tán xạ tia X là cho tia X bật trên đám mây electron bao xung quanh các hạt nhân chất liệu và nghiên cứu hệ vân giao thoa sinh Trong kĩ thuật này cung cấp nhiều thông tin cấu trúc và thành phần các chất liệu, thì nó lại cho biết ít thông tin các electron hóa trị hoạt tính hóa học mẫu Đó là vì phần lớn các electron liên quan đến quá trình tán xạ là các electron “lõi”, chúng không tham gia vào các quá trình hóa học Hơn 40 năm trước, Isaac Freund và Barry Levine Bell Labs đã đề xuất cách khắc phục vấn đề này Họ trình bày mẫu rọi ánh sáng laser, thì các electron hóa trị phản ứng cách dao động tần số laser đó Một phần lượng dao động đó truyền sang các tia X chúng tán xạ từ các electron hóa trị quá trình gọi là “trộn sóng” Như vậy, các tia X tán xạ từ các electron hóa trị ló lượng cao hơn, tức là tổng lượng tia X tới và lượng laser Ảnh mô trên máy tính mật độ electron hóa trị kim cương Các electron hóa trị là vùng màu trắng và xanh lam Còn vùng màu tối là các electron lớp các nguyên tử carbon (Ảnh: Thornton Glover et al.) Cần cường độ cao Tuy nhiên, hiệu ứng trên là nhỏ, và để nhìn thấy nó đòi hỏi chùm tia X cực mạnh – cái có Nguồn Sáng Kết hợp Thẳng (LCLS) Phòng thí nghiệm Máy gia tốc quốc gia SLAC California, Mĩ, nơi công trình này thực Thornton Glover và các đồng Đội khoa học đã nghiên cứu kim cương vì tính chất điện tử và cấu trúc chất liệu này đã người ta biết rõ Không phải là laser theo ý nghĩa thông thường, LCLS gọi là laser electron độc thân (FEL) vì nó tạo xung tia X kết hợp cao giống laser (2) Để nghiên cứu các electron hóa trị, đội khoa học đã chiều đồng thời các xung tia X keV và xung hồng ngoại vào mẫu Phần lớn chùm tia X chịu nhiễu xạ bình thường và rời khỏi mẫu kim cương góc định Tuy nhiên, phần chùm tia X hấp thụ lượng từ các electron hóa trị và lượng tăng lên chút Những tia X này rời khỏi mẫu góc khác và chiếu qua lỗ nhỏ để chặn lại phần lớn chùm tia nhiễu xạ cường độ mạnh Bằng cách đo cường độ các tia X tăng lượng là hàm góc tán xạ, đội khoa học đã có thể tính mật độ electron hóa trị theo hướng định mạng tinh thể kim cương Kết khớp với cái chúng ta đã biết carbon, cho thấy kĩ thuật trên hoạt động suôn sẻ Các mô trên máy tính Để có hình ảnh 3D hoàn chỉnh mật độ electron hóa trị, cần lặp lại phép đo trên số định hướng khác tinh thể kim cương – phép đo đội khoa học chưa báo cáo Tuy nhiên, dựa trên kết sơ họ, Glover và các đồng đã thực mô trên máy tính cho thấy phép đo cung cấp các đồ các liên kết hóa trị bên tinh thể kim cương (xem hình) Giờ thì đã biết các phép đo trộn sóng có thể thực LCLS, Glover tin kĩ thuật trên có thể dùng để nghiên cứu nhiều chất liệu đa dạng “Những loại thí nghiệm nhiễu xạ dễ là với các tinh thể, và có nhiều cái để tìm hiểu,” ông nói “Ví dụ, có thể dùng áp dụng để làm biến đổi trật tự từ chất liệu tiên tiến, thường thì người ta không rõ ánh sáng đó làm gì, cấp độ vi mô, để gây biến đổi này.” Làm sáng tỏ quang hợp Nhìn xa ngoài chất liệu kết tinh ra, Glover còn tin kĩ thuật trên có thể làm sáng tỏ quang hợp, đó lượng photon biến đổi thành hóa và sau đó chuyển hóa quá trình xảy trên cỡ thời gian pico giây “Sẽ thật hay chúng ta có thể sử dụng trộn tia X và sóng quang học để tạo hình ảnh không gian thực quá trình này nó xảy ra, để hiểu rõ thêm phương diện lượng tử chuyển hóa lượng đó,” Glover nói Tuy nhiên, Glover trình bày phép đo đòi hỏi laser tia X có tốc độ lặp lại cao nhiều so với cái đã có “Các laser electron tự tương lai kết hợp độ sáng cao với tốc độ lặp lại cao, và kết hợp này mở khả cho việc khảo sát tương tác ánh sáng và vật chất cấp độ nguyên tử.” Theo Thuvienvatly.com (3)