Nanoplazma. Kredit: Y. Kumagai/Tohoku University, via Physics.

Mezinárodní výzkumný tým, který vedl Kiyoshi Ueda z japonské Univerzity Tohoku ve městě Sendai nedávno zaznamenal významný úspěch. Podařilo se jim poprvé zaznamenat zrození nanoplazmatu.

Nanoplazma, jak by bylo možné odvodit ze samotného jména, je plazma, které se vyskytuje v nanoměřítku. Fyzici už v předešlých studiích zaznamenali vznik nanoplazmatu, když pulz rentgenového laseru na volných elektronech (XFEL, z anglického x-ray free-electron laser) zasáhne hmotu v měřítku nanometrů. Dělali to v rámci výzkumu objektů v nanoměřítku, při němž se snažili dozvědět více o vlastnostech takových objektů. Zatím ale ještě nikdo nerozklíčoval proces vzniku nanoplazmatu ani jeho časový průběh. Nanoplazma totiž vzniká nesmírně rychle a je téměř nemožné to sledovat.

Kiyoshi Ueda. Kredit: American Physical Society.

Ueda a jeho kolegové stvořili nanoplazma tak, že nejprve izolovali shluk asi 5 tisíc atomů xenonu ve vakuové komoře. Pak to do shluku napálili pulzem rentgenového laseru na volných elektronech, přičemž vzniklo nanoplazma. Aby ale mohli zaznamenat proces vzniku nanoplazmatu, tak to chtělo ještě druhý laserový pulz, tentokrát z blízce infračerveného laseru. Tímto laserem bušili do místa vzniku nanoplazmatu znovu a znovu, v časovém rozlišení femtosekund. Badatelé přitom zaznamenávali absorpci, kterou pulzy infračerveného laseru vyvolaly. Nakonec byli schopni sestavit video z jednotlivých femtosekundových snímků, které zachycuje vznik nanoplazmatu.

Tohoku University.

Když Ueda a spol. studovali vytvořené video, tak zjistili, že elektrony, které z atomů xenonu vyrazil laserový pulz, neopustily shluk atomů všechny najednou. Naproti tomu se ukázalo, že po 10 femtosekundách od zásahu laserovým pulzem velká část atomů absorbovala energii laseru, ale své elektrony si podržela. Jen málo atomů o své elektrony přišlo.

Potom došlo k interakci mezi uvolněnými elektrony a kladně nabitými ionty, které dohromady vytvořily nanoplazma. Následně došlo k velkému množství kolizí, jejichž výsledkem bylo sdílení energie mezi atomy. Vědci vůbec poprvé zaznamenali, že excitace, čili vybuzení atomů na vyšší energetickou hladinu, sehrála podstatnou roli v přesunu energie během tohoto procesu. Třešničkou na dortu průlomového pozorování je doporučení vědců, že jejich postup představuje cenný nástroj pro studium hmoty v nanoměřítku. 

Literatura
Phys.org 8. 8. 2018, Physical Review X 8: 031034.