X-ray - Based Studies of Structural Dynamics in Solids and Liquids

Författare

Ralf Nüske

Summary, in Swedish

Popular Abstract in Swedish

Våglängden för röntgenstrålning är mycket kortare än den för synligt ljus. I själva verket är den jämförbar med avståndet mellan atomer i fasta material, vilket är i storleksordningen en tiondels nanometer. Genom att använda ljus med så kort våglängd är det möjligt att studera materials struktur på atomär nivå. Spridning av röntgenstrålar har utvecklats till ett ovärderligt verktyg för att analysera bland annat gitterstrukturen hos kristaller, såväl som strukturen hos stora biologiska molekyler. Många av ett materials egenskaper ges av dess interna struktur.

Tidsupplöst röntgenspridning har visat sig vara en kraftfull metod för att studera ändringar i strukturen hos ett material på atom-nivå. En mångfald av processer kan studeras: från fasövergångar i material till vibrationer i kristallgitter och kemiska reaktionsvägar. Målet med tidsupplösta studier är att följa dessa processer i realtid.

Tidsskalan för ändringar av strukturen varierar drastiskt beroende på mekanismen. Strukturförändringer inom en enkel cell tar typiskt 100 fs. Andra viktiga strukturändringar som omfattar större grupperinger av molekyler sker på en tidsskala av pikosekunder till nanosekunder. För att starta ändringar av strukturen kan olika mekanismer användas. Laserpulser kortare än 100 fs kan produceras rutinmässigt och används för att initiera ändringar av strukturen i material. Alternativt kan korta elektriska pulser användas för att starta strukturändringar i piezoelektriska material.

I detta arbete har framför allt experimentella studier genomförts för att förbättra förståelsen av strukturförändringar i material. Vi har studerat dynamiken på pikosekundnivå kopplad till smältning och återkristallisering av en halvledare, akustisk och termisk respons hos laserexciterade fasta material, och dynamiken i strukturen hos ett piezoelektriskt material.

En kortfattad beskrivning av den teoretiska bakgrunden, de experimentella teknikerna och den nödvändiga instrumenteringen ges. Detta följs av en sammanställning av publikationerna detta arbete har resulterat i.

Avdelning/ar