研究人员捕捉到激光激发的黄金的奇怪行为

能源部SLAC国家加速器实验室进行的一项新研究揭示了黄金在被高能激光脉冲照射时的奇怪行为

当某些材料，如硅，受到强烈的激光激发时，它们会迅速分解。但黄金的作用恰恰相反：它变得更坚韧、更有弹性。这是因为金原子一起振动的方式——它们的声子行为——发生了变化

贝尔法斯特女王大学的研究员Adrien Descamps在斯坦福大学和SLAC读研究生时领导了这项研究，他说：“我们的发现挑战了以前的理解，表明在某些条件下，像金这样的金属在受到强烈的激光脉冲时会变得更强，而不是融化。”。“这与半导体形成了鲜明对比，半导体变得不稳定并熔化。”

几十年来，模拟暗示了这种现象的可能性，即声子硬化。现在，使用SLAC的直线加速器相干光源（LCLS），研究人员终于将这种声子硬化现象曝光了。该团队在《科学进展》杂志上发表了他们的研究结果

合作者、贝尔法斯特女王大学的研究员Emma McBride说：“看到我们的理论预测得到实验证实，这是一段迷人的旅程。”她之前是SLAC高能密度科学（HEDS）部门的帕诺夫斯基研究员。“我们现在可以在LCLS测量这些现象的精度令人惊讶，这为未来材料科学的研究开辟了新的可能性。”

在他们的实验中，该团队用光学激光脉冲瞄准了极端条件下物质实验舱的金薄膜，然后使用LCLS的超快X射线脉冲拍摄了材料反应的原子级快照。这一对金原子世界的高分辨率一瞥使研究人员能够观察到细微的变化，并捕捉到其声子能量增加的时刻，从而提供了声子硬化的具体证据

“我们使用LCLS的X射线衍射来测量金对激光激发的结构响应，”McBride说。“这揭示了对极端条件下原子排列和稳定性的深入了解。”

研究人员发现，当金吸收高能光学激光脉冲时，将原子结合在一起的力会变得更强。这种变化使原子振动更快，这可能会改变金对热量的反应，甚至可能影响其熔化的温度

SLAC高能密度部主任Siegfried Glenzer表示：“这项工作解决了一个长期存在的关于金属超快激发的问题，并表明强激光可以完全改变晶格的响应。”

研究人员认为，类似的现象可能存在于其他金属中，如铝、铜和铂。进一步的探索可以更好地了解金属在极端条件下的行为，这将有助于开发更具弹性的材料

Descamps说：“展望未来，我们对将这些发现应用于更实际应用的潜力感到兴奋，例如在激光加工和材料制造中，在原子水平上理解这些过程可以改进技术和材料。”。“我们还计划进行更多的实验，并希望在更广泛的材料中探索这些现象。这对我们的领域来说是一个激动人心的时刻，我们期待着看到这些发现将带我们走向何方。”