GWANGJU, Corée du Sud, 10 janvier 2022 /PRNewswire/ — Impulsions laser intenses durant seulement quelques femtosecondes (10-15 s) peut créer des états extrêmes de la matière que l’on trouve généralement à l’intérieur des planètes et des étoiles. Les modèles physiques conventionnels, cependant, sont incapables de décrire la dynamique des électrons dans de tels états. Des scientifiques de l’Institut des sciences et de la technologie de Gwangju en Corée ont maintenant exploré la dynamique de non-équilibre dans les électrons de cuivre chauffés à des températures supérieures à 20 000 K, présentant des découvertes qui pourraient ouvrir de nouvelles portes pour la fusion, la découpe laser et la nanochirurgie.
Institut des sciences et technologies de Gwangju
La matière ordinaire se comporte très différemment lorsqu’elle est soumise à des températures et des pressions extrêmes, telles que celles à l’intérieur des noyaux stellaires et planétaires. Les règles conventionnelles de la physique de la matière condensée et de la physique des plasmas ne sont pas applicables dans de tels scénarios. En particulier, un état extrême connu sous le nom de “matière dense chaude” (WDM) chevauche la frontière de la physique de la matière condensée et de la physique des plasmas.
On pourrait penser que de tels états ne peuvent jamais être créés dans un cadre terrestre. Mais, en fait, de courtes impulsions laser qui ne sont que des femtosecondes (10-15 s, ou un quadrillionième de seconde) sont suffisamment intenses pour recréer de telles conditions en laboratoire ! Les modèles physiques conventionnels qui décrivent de tels états supposent généralement que les électrons excités par l’impulsion laser atteignent l’équilibre en quelques dizaines de femtosecondes tandis que les ions restent “froid.” Cependant, ce faisant, la dynamique de non-équilibre des électrons est complètement ignorée.
Pour explorer cette dynamique de non-équilibre dans des conditions extrêmes, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur agrégé Byoung Ick Cho de l’Institut des sciences et de la technologie de Gwangju en Corée a étudié l’état WDM du cuivre créé en utilisant des impulsions laser intenses. L’excitation d’impulsions optiques a créé des électrons de cuivre avec une température ~ 20 000 K, qui est similaire à celui du noyau d’une planète géante. Puis, juste au moment où l’échantillon de cuivre était sur le point de fondre, les chercheurs ont pris des instantanés des électrons à l’aide d’impulsions de rayons X ultrarapides provenant d’un laser à électrons libres à rayons X (XFEL). Cela leur a permis d’analyser ce qui se passe dans les métaux nobles, tels que le cuivre, lorsque leurs électrons de liaison sont fortement excités et que les métaux sont sur le point de fondre. Les résultats de l’étude ont été Publié dans Lettres d’examen physique.
Une observation remarquable est que, lorsqu’elles sont chauffées rapidement, les liaisons entre les atomes de cuivre se sont d’abord durcies pendant environ un trillionième de seconde (10−12 s) avant de fondre. Pour faire simple, l’échantillon s’est solidifié avant de se transformer en liquide ! L’équipe a effectué une analyse théorique détaillée soutenue par des simulations, qui ont révélé que si certains électrons étaient excités à des énergies plus élevées à des températures aussi élevées, certains éprouvaient une plus forte attraction vers le noyau. “Ce phénomène était en fait prédit il y a une dizaine d’années, mais nous sommes maintenant parvenus à l’observer directement pour la première fois,” commente le Pr Cho. “Cette peut améliorer notre compréhension des propriétés extraordinaires des matériaux dans des conditions extrêmes et de leurs mécanismes sous-jacents.“
Ces découvertes pourraient être appliquées dans des contextes où les matériaux sont soumis à des pressions et des températures extrêmement élevées. “En capturant le moment précis où un matériau commence à fondre ou à se vaporiser, nous pouvons générer de nouvelles phases de matière ou d’énergie, qui seraient pertinentes pour des domaines tels que la fusion, l’usinage au laser et même la nanochirurgie”, spécule le professeur Cho.
Qui serait‘Avez-vous pensé que la compréhension de l’intérieur des étoiles pouvait avoir des applications terrestres aussi pratiques ?
Référence
Titre de l’article original : Investigation of Nonequilibrium Electronic Dynamics of Warm Dense Copper with Femtosecond X-Ray Absorption Spectroscopy
Journal: Lettres d’examen physique
EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.175003
À propos de l’Institut des sciences et technologies de Gwangju (GIST)
Site Internet: http://www.gist.ac.kr/
auteur correspondant‘e-mail : [email protected]
Contact média :
Seulhye Kim
[email protected]
82 62 715 6253
SOURCE Institut des sciences et technologies de Gwangju
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GWANGJU, Corée du Sud, 10 janvier 2022 /PRNewswire/ — Impulsions laser intenses durant seulement quelques femtosecondes (10-15 s) peut créer des états extrêmes de la matière que l’on trouve généralement à l’intérieur des planètes et des étoiles. Les modèles physiques conventionnels, cependant, sont incapables de décrire la dynamique des électrons dans de tels états. Des scientifiques de l’Institut des sciences et de la technologie de Gwangju en Corée ont maintenant exploré la dynamique de non-équilibre dans les électrons de cuivre chauffés à des températures supérieures à 20 000 K, présentant des découvertes qui pourraient ouvrir de nouvelles portes pour la fusion, la découpe laser et la nanochirurgie.
Institut des sciences et technologies de Gwangju
La matière ordinaire se comporte très différemment lorsqu’elle est soumise à des températures et des pressions extrêmes, telles que celles à l’intérieur des noyaux stellaires et planétaires. Les règles conventionnelles de la physique de la matière condensée et de la physique des plasmas ne sont pas applicables dans de tels scénarios. En particulier, un état extrême connu sous le nom de “matière dense chaude” (WDM) chevauche la frontière de la physique de la matière condensée et de la physique des plasmas.
On pourrait penser que de tels états ne peuvent jamais être créés dans un cadre terrestre. Mais, en fait, de courtes impulsions laser qui ne sont que des femtosecondes (10-15 s, ou un quadrillionième de seconde) sont suffisamment intenses pour recréer de telles conditions en laboratoire ! Les modèles physiques conventionnels qui décrivent de tels états supposent généralement que les électrons excités par l’impulsion laser atteignent l’équilibre en quelques dizaines de femtosecondes tandis que les ions restent “froid.” Cependant, ce faisant, la dynamique de non-équilibre des électrons est complètement ignorée.
Pour explorer cette dynamique de non-équilibre dans des conditions extrêmes, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur agrégé Byoung Ick Cho de l’Institut des sciences et de la technologie de Gwangju en Corée a étudié l’état WDM du cuivre créé en utilisant des impulsions laser intenses. L’excitation d’impulsions optiques a créé des électrons de cuivre avec une température ~ 20 000 K, qui est similaire à celui du noyau d’une planète géante. Puis, juste au moment où l’échantillon de cuivre était sur le point de fondre, les chercheurs ont pris des instantanés des électrons à l’aide d’impulsions de rayons X ultrarapides provenant d’un laser à électrons libres à rayons X (XFEL). Cela leur a permis d’analyser ce qui se passe dans les métaux nobles, tels que le cuivre, lorsque leurs électrons de liaison sont fortement excités et que les métaux sont sur le point de fondre. Les résultats de l’étude ont été Publié dans Lettres d’examen physique.
Une observation remarquable est que, lorsqu’elles sont chauffées rapidement, les liaisons entre les atomes de cuivre se sont d’abord durcies pendant environ un trillionième de seconde (10−12 s) avant de fondre. Pour faire simple, l’échantillon s’est solidifié avant de se transformer en liquide ! L’équipe a effectué une analyse théorique détaillée soutenue par des simulations, qui ont révélé que si certains électrons étaient excités à des énergies plus élevées à des températures aussi élevées, certains éprouvaient une plus forte attraction vers le noyau. “Ce phénomène était en fait prédit il y a une dizaine d’années, mais nous sommes maintenant parvenus à l’observer directement pour la première fois,” commente le Pr Cho. “Cette peut améliorer notre compréhension des propriétés extraordinaires des matériaux dans des conditions extrêmes et de leurs mécanismes sous-jacents.“
Ces découvertes pourraient être appliquées dans des contextes où les matériaux sont soumis à des pressions et des températures extrêmement élevées. “En capturant le moment précis où un matériau commence à fondre ou à se vaporiser, nous pouvons générer de nouvelles phases de matière ou d’énergie, qui seraient pertinentes pour des domaines tels que la fusion, l’usinage au laser et même la nanochirurgie”, spécule le professeur Cho.
Qui serait‘Avez-vous pensé que la compréhension de l’intérieur des étoiles pouvait avoir des applications terrestres aussi pratiques ?
Référence
Titre de l’article original : Investigation of Nonequilibrium Electronic Dynamics of Warm Dense Copper with Femtosecond X-Ray Absorption Spectroscopy
Journal: Lettres d’examen physique
EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.175003
À propos de l’Institut des sciences et technologies de Gwangju (GIST)
Site Internet: http://www.gist.ac.kr/
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82 62 715 6253
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