Vědci právě zachytili něco, co trvá 30 femtosekund. A je to vážně unikátní.

Tohle vás donutí zamyslet se. Japonští výzkumníci totiž sledovali děj, který proběhne za 30 femtosekund.

Femtosekunda? Pojďme to rozebrat. Jedna femtosekunda je tisícina biliontiny sekundy. Představte si číslo 0.000000000000001 sekundy. Prostě nepředstavitelně rychle.

Co vlastně zkoumali?

Tým z Tokijské univerzity vědy, Univerzity Tohoku a Nagoya Institute of Technology se zaměřil na takzvané kovově-organické rámce (MOF). Představte si je jako miniaturní stavebnici z kovových iontů propojených organickými molekulami — molekulární LEGO, jen mnohem zajímavější.

Když na tyto materiály dopadne světlo, začnou se dít podivuhodné věci. Podobně jako když po kávě reagujete úplně jinak než po heřmánkovém čaji, i materiály se pod vlivem světla chovají úplně jinak než obvykle. Vědci tomu říkají "fotoindukovaný stav" — dočasná proměna vlastností.

Otázka zní: Jak přesně tato proměna probíhá?

Problém: Jde to strašně rychle

První okamžiky po dopadu světla trvají na škále femtosekund. Milióntiny miliardtiny sekundy. Zkuste tak rychlou věc vyfotit.

Vědci to ale zkusili. Použili ultrarychlou laserovou spektroskopii s pulzy o délce pouhých 6 femtosekund — v podstatě snapshoty materiálu v absurdně krátkých intervalech.

Co objevili: Tajný mezistupeň

Tady to začíná být fascinující.

Vědci zjistili, že když MOF pohltil světlo, jako první se vytvořil pomíjivý mezistav, který nikdo předtím neviděl. A v tomto kratičkém okamžiku se stalo něco pozoruhodného.

Elektronové vazby mezi sousedními místy v materiálu začaly střídavě sílit a slábnout — podobně jako vlna, kterou dělají diváci na stadionu, jen na atomové úrovni. Vědci tomu říkají bond-order wave state.

Tento stav ale dlouho nevydržel. Atomy se okamžitě začaly mírně posouvat a tyto nepatrné strukturální změny vedly k vytvoření finálního skrytého stavu.

Celkem? Pouhých 30 femtosekund.

Pro nás lidi je to okamžik, ale v atomárním světě v tom stihne proběhnout celá kaskáda dějů.

Proč by vám to mělo být jedno?

Skrytý stav, který vznikl, se ukázal být polární — kladné a záporné elektrické náboje jsou v materiálu rozloženy nerovnoměrně. Pokud by vědci dokázali tyto polární stavy spolehlivě vytvářet a ovládat pomocí světla, otevřely by se zcela nové možnosti manipulace s elektronickými vlastnostmi.

Mluvíme tady o ovládání materiálů světlem. Ne teplem. Ne tlakem. Světlem.

Potenciální aplikace? Ultimátně rychlá elektronika reagující na světlo, revoluční optoelektronické součástky pro počítače a senzory, nebo materiály měnící své vlastnosti přesně tehdy, kdy chceme.

Co to všechno znamená?

Asistent profesor Tadahiko Ishikawa, který výzkum vedl, to shrnul takto: "Odhalením mezistavů by naše metoda mohla pomoci navrhovat materiály efektivně ovladatelné světlem."

Toto není jen zajímavá věda. Je to otevření dveří úplně novému přístupu k inženýrství materiálů.

Závěrem

Nejvíc mě na tom fascinuje širší kontext. Tito vědci vytvořili nástroj, který umožňuje vidět kroky v ultrarychlých transformacích, které byly dříve neviditelné. A co víc — lze ho aplikovat i na jiné materiály.

Možná jednoho dne budou zařízení ve vašem domě fungovat díky tomu, že někdo kdesi studoval, co se stane za 30 femtosekund.

Někdy ty úplně nejmenší objevy vedou k těm největším změnám.

Zdroj: ScienceDaily