Создан «рентгеновский микрофон» для наблюдения за сверхбыстрыми процессами в молекулах
10 марта 2026 г. | наука
Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Research. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 25-12-00148).
«Если оптические лазеры за полвека прошли путь от лабораторной диковинки до повседневных технологий — от принтеров до микрохирургии, – то рентгеновские лазеры на свободных электронах (XFEL) сегодня находятся в начале этого пути. Это пока гигантские установки, доступные лишь нескольким лабораториям мира. Но их потенциал может оказаться ещё значительнее: рентген «видит» мир в масштабе отдельных атомов и фиксирует процессы длительностью в фемто- и аттосекунды», — пояснил директор Международного научно-исследовательского центра спектроскопии и квантовой химии СФУ Сергей Полютов.
Современные рентгеновские лазеры позволяют «снимать» движения электронов внутри атомов и молекул с невероятной скоростью — за фемтосекунды. Однако наблюдать за этими процессами напрямую крайне сложно: усиленное рентгеновское излучение распространяется вперёд вместе с лазерным импульсом, и его трудно отделить от исходного сигнала.
«Мы предложили элегантное решение: вместо прямого наблюдения за основным рентгеновским лучом мы будем «слушать эхо» — регистрировать слабое вторичное излучение, испускаемое перпендикулярно основному пучку. Это похоже на то, как по звуку, отражающемуся от стен, можно определить форму помещения, даже не видя его напрямую», — сообщил аспирант СФУ Святослав Блинов.
По словам ведущего научного сотрудника Международного научно-исследовательского центра спектроскопии и квантовой химии СФУ Павла Краснова, новый метод впервые даёт возможность наблюдать за сверхбыстрыми перемещениями электронов внутри молекул — процессами, которые определяют свойства материалов и ход химических реакций. При этом наблюдение осуществляется косвенно, через регистрацию вторичного флуоресцентного излучения, возникающего при нелинейном взаимодействии рентгеновского излучения с веществом.
Эти знания помогут создавать аккумуляторы с большей ёмкостью и скоростью зарядки для электромобилей и гаджетов, разрабатывать более точные лекарства с минимальными побочными эффектами, приближать создание сверхпроводников, работающих при комнатной температуре, и проектировать новые катализаторы и наноматериалы — от эффективных топливных элементов до биосовместимых имплантатов. По сути, метод даёт исследователям «замедленную съёмку» нелинейных процессов в рентгеновском диапазоне, лежащих в основе будущих технологий.
Главное преимущество метода — его практичность. Технологию можно внедрить уже сейчас на существующих рентгеновских лазерах, включая Европейский XFEL, где установлен уникальный спектрометр с пространственным разрешением 15 микрометров (тоньше человеческого волоса).
«Мы создали своего рода "рентгеновский осциллограф", который позволяет увидеть то, что раньше было скрыто от глаз исследователей. Это как если бы мы впервые получили возможность наблюдать за движением электронов внутри молекул — движением, которое определяет свойства всего, что нас окружает», — отметил ведущий научный сотрудник центра Виктор Кимберг.
Первыми рассказал Indicator