Лазерный мир

European XFEL — это исследовательская мегаустановка с самым мощным в мире рентгеновским лазером на свободных электронах, предназначенная для наблюдения за ходом химических реакций, расшифровки структуры биологических объектов и решения других актуальных задач. Ранее российские ученые уже входили в качестве участников в совместные международные проекты, а в октябре 2018 года ученые Университета ИТМО получили полный самостоятельный доступ к оборудованию и провели исследование нового класса материалов. Их работа поможет определить его потенциальное использование в электронике и медицине.

Об XFEL

European XFEL — это международный проект по созданию самого крупного в мире рентгеновского лазера на свободных электронах, предназначенного для решения огромного количества задач в области фундаментальной и прикладной науки, а также медицины и передовых технологий. Проект был разработан в исследовательском центре . Строительство шло с 2009 по 2017 год и потребовало более одного миллиарда евро. В финансировании принимали участие несколько стран, в том числе и Россия, взявшая на себя 27% затрат. Официальное открытие европейского рентгеновского лазера на свободных электронах 1 сентября 2017 года в Гамбурге.

Лазерная установка длиной более трех километров расположена в Германии на глубине от 6 до 38 метров под землей: от лаборатории DESY в Гамбурге до окраины Шенефельда, где на территории 15 га построены административные здания, экспериментальные станции и лаборатории.

Работа российских ученых на установке осуществляется под эгидой национальной научно-образовательной ассоциации «Исследовательские установки мега-класса», которая координируется Национальным исследовательским центром «Курчатовский институт». Университет ИТМО выступает участником ассоциации, главная задача которой — готовить проекты для их реализации на XFEL и других мегаустановках.

«График работы на объекте XFEL расписан на год вперед. Это очень дорогая установка, и не каждая команда исследователей может получить к ней доступ. Специальная комиссия занимается отбором заявок, и статистика такова, что только 20% исследований получают шанс поработать с самым крупным лазером в мире», — рассказывает о работе станции руководитель UniFEL-центра, декан факультета лазерной фотоники и оптоэлектроники Университета ИТМО Алексей Романов.

Команда ученых Университета ИТМО — первая российская группа, заявку которой одобрила комиссия. Ранее отечественная ученые проводили исследования только в составе международных проектов. Исследование нановискеров как проект на XFEL целиком продумал российский ученый профессор Университета ИТМО Владимир Дубровский.

Эксперимент на XFEL длился на протяжение 10 дней. Ученые поместили нанокристаллы, предварительно выращенные в Университете ИТМО, под воздействие двух лазеров. Один из них возбуждал мощный оптический импульс и вызывал тем самым колебание в кристаллической решетке нанокристаллов. Импульс длился несколько десятков фемтосекунд, но был настолько сильным, что ученые боялись возможного сжигания материала. К счастью, нанокристаллы и их кристаллическая структура не разрушились — это подтвердил анализ с использованием рентгеновского лазера, который записывал информацию о колебаниях внутри кристаллической решетки наноматериала. Данные и снимки после импульса второго лазера — главный итог эксперимента.

«Мы получили гигантский массив информации, который позволит по-новому взглянуть на структуру нанокристаллов. Такой благополучный исход эксперимента вызвал у команды наиболее сильные эмоции. Как современные ученые, мы привыкли сотрудничать с коллегами из других стран и работать на крупных установках, пусть и не настолько огромных, как XFEL. Однако наш эксперимент — тот редкий случай, когда работа доведена до ожидаемого финала. Все происходит именно так, как и ожидалось, что нечасто бывает», — делится впечатлениями о проведенном эксперименте профессор факультета лазерной фотоники и оптоэлектроники Университета ИТМО Павел Брунков.

В дальнейших планах ученых университета ИТМО — проанализировать полученные данные и вернуться на XFEL весной или летом 2019 года. Исследования продолжат носить фундаментальный характер, однако Павел Брунков подчеркивает: чем больше мы узнаем о новых свойствах материала, тем скорее мы приступим к их потенциальному использованию.

Источник: http://news.ifmo.ru/ru/science/photonics/news/8218/