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  • Un film du micromonde :des physiciens créent une série d'images sur les nanoparticules

    Des physiciens de la Kansas State University ont développé en collaboration une méthode pour prendre des images aux rayons X qui montrent l'explosion de nanoparticules surchauffées au niveau femtoseconde. Crédit : Université d'État du Kansas

    Considérez-le comme un film microscopique :une séquence d'images aux rayons X montre l'explosion de nanoparticules surchauffées. La série d'images révèle comment les atomes de ces particules se déplacent, comment ils forment le plasma et comment les particules changent de forme.

    La méthode de prise de ces photos est une création collaborative qui a impliqué les chercheurs de l'Université d'État du Kansas Artem Rudenko et Daniel Rolles, tous deux professeurs adjoints de physique.

    Les films aident les scientifiques à comprendre les interactions de la lumière laser intense avec la matière. Mais plus important encore, ces expériences permettent de filmer divers processus impliquant une dynamique ultrarapide d'échantillons microscopiques, comme la formation d'aérosols – qui jouent un rôle majeur dans les modèles climatiques – ou la fusion laser.

    "Nous pouvons créer un vrai film du micromonde, " a déclaré Rudenko. " Le développement clé est que maintenant nous pouvons prendre des séquences d'images à l'échelle nanométrique. "

    Rudenko et Rolles, tous deux affiliés au laboratoire James R. Macdonald de l'université, ont collaboré avec des chercheurs du SLAC National Accelerator Laboratory de l'Université de Stanford, Laboratoire national d'Argonne et les instituts Max Planck en Allemagne. leur parution, "Visualisation femtoseconde et nanométrique de la dynamique structurelle dans des nanoparticules surchauffées, " apparaît dans Photonique de la nature .

    Des physiciens de la Kansas State University ont développé en collaboration une méthode pour prendre des images aux rayons X qui montrent l'explosion de nanoparticules surchauffées au niveau femtoseconde. Crédit : Université d'État du Kansas

    Dans ce travail, la collaboration a utilisé des lasers intenses pour chauffer des grappes de xénon à l'échelle nanométrique, puis a pris une série d'images aux rayons X pour montrer ce qui est arrivé aux particules. La série d'images est devenue un film sur la façon dont ces objets se déplacent au niveau des femtosecondes, qui sont un millionième de milliardième de seconde.

    "Ce qui rend le nano si intéressant, c'est que le comportement de beaucoup de choses change lorsque vous arrivez à l'échelle nanométrique, " a déclaré Rolles. " Les nano-objets comblent le fossé entre la matière en vrac et les atomes ou molécules individuels. Cette recherche nous aide alors que nous essayons de comprendre le comportement des nano-objets et comment ils changent de forme et de propriétés dans des délais extrêmement courts."

    Les photos des nanoparticules ne peuvent pas être prises avec une lumière optique normale, mais doit être prise avec des rayons X car la lumière des rayons X a des longueurs d'onde nanométriques qui permettent aux chercheurs de visualiser des objets à l'échelle nanométrique, dit Rolles. La longueur d'onde de la lumière doit correspondre à la taille de l'objet.

    Pour prendre les photos, les chercheurs avaient besoin de deux ingrédients :des impulsions de rayons X très courtes et des impulsions de rayons X très puissantes. La source de lumière cohérente Linac du SLAC a fourni ces deux ingrédients, et Rudenko et Rolles se sont rendus en Californie pour utiliser cette machine pour prendre les photos parfaites.

    La méthode de prise de vue et les images qu'elle produit ont de nombreuses applications en physique et en chimie, dit Rolles. La méthode est également précieuse pour visualiser les interactions laser avec les nanoparticules et pour le domaine en développement rapide de la nanoplasmonique, dans lequel les propriétés des nanoparticules sont manipulées avec des champs lumineux intenses. Cela peut aider à construire une électronique de nouvelle génération.

    "L'électronique pilotée par la lumière peut être beaucoup plus rapide que l'électronique conventionnelle car les processus clés seront pilotés par la lumière, qui peut être extrêmement rapide, " Rudenko a déclaré. "Cette recherche a un grand potentiel pour l'optoélectronique, mais pour améliorer la technologie, nous devons savoir comment un laser entraîne ces nanoparticules. La technologie cinématographique est un pas important dans cette direction. »

    Rudenko et Rolles continuent d'améliorer le processus de réalisation de films. En collaboration avec le groupe de physique de la matière molle de l'université, ils ont élargi la gamme d'échantillons, qui peut être placé dans la machine à rayons X et peut maintenant produire des films de nanoparticules d'or et de silice.


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