Les impulsions à haute énergie, produites par le laser à électrons libres à rayons X du SLAC, la source de lumière cohérente Linac (LCLS), ont permis aux chercheurs de « voir » les noyaux atomiques dans un matériau semi-conducteur vibrer et trembler, et d'observer les électrons courir et circuler. autour d'eux à presque la vitesse de la lumière.
Les observations pourraient aider les scientifiques à concevoir de nouveaux matériaux dotés de propriétés électroniques sur mesure, telles que celles nécessaires à une électronique plus puissante, au traitement des données à grande vitesse et à de nouveaux dispositifs optoélectroniques.
L’équipe de recherche du SLAC a utilisé une ligne de lumière spéciale au LCLS appelée instrument pompe-sonde à rayons X, conçue pour observer les processus subatomiques se dérouler au ralenti. La ligne de lumière est dotée d'une « caméra » à rayons X spéciale pour capturer avec précision les positions et les mouvements des électrons et des noyaux dans les matériaux.
Les chercheurs ont envoyé une impulsion de rayons X courte et intense dans un échantillon d’arséniure de gallium, un matériau semi-conducteur, pour faire sortir certains électrons de leurs orbites autour des noyaux atomiques. Immédiatement après l'impact des rayons X, une seconde impulsion de rayons X, plus faible, a illuminé l'échantillon alors que les électrons se réorganisaient, fournissant des instantanés des atomes et de leurs nuages d'électrons tourbillonnants.
"Nous avons constaté que certains électrons réagissaient aux impulsions de rayons X plus rapidement que prévu", a déclaré Jun-Sik Lee, scientifique du SLAC et co-auteur de l'étude. "Ils surfaient essentiellement sur la vague créée par l'impulsion des rayons X, gagnant de l'énergie supplémentaire et accélérant à des vitesses incroyablement rapides."
"Voir les électrons surfer a été une surprise, mais lorsque nous avons soigneusement analysé nos images, nous avons réalisé que cela n'aurait pas dû être le cas", a déclaré Mike Dunne, directeur de la source de lumière cohérente du Linac (LCLS), co-auteur de l'étude. "C'était simplement l'un de ces cas où le comportement que nous avons observé avait été prédit par quelqu'un d'autre - dans ce cas-ci, par des théoriciens il y a environ 70 ans."
