科学者は、固体材料で一連の超高速X線パルスを輝かせることにより、溶けるという非常に迅速なプロセスを前例のないディテールで捉えることができました。彼らの調査結果は、Nature Physics誌に報告されています。
融解は、固体が液体に変わると発生する相転移です。これは、原子または分子間の結合の破壊を含む複雑なプロセスです。原子レベルでの融解プロセスを研究することにより、科学者は物質の根本的な行動に関する洞察を得ることができます。
この実験は、カリフォルニア州メンロパークのスタンフォード線形アクセラレータセンターにあるフリーエレクトロンレーザーであるLinac Coherent光源（LCLS）で実施されました。 LCLSは、X線の非常に明るく短いパルスを生成し、原子レベルでの材料のプローブに使用できます。
実験では、研究者は、半導体材料であるシリコンの薄い標的でX線パルスを指示しました。次に、散乱したX線を分析して、溶けたシリコンの原子配置を決定しました。
結果は、融解プロセスがシリコンの表面に小さな液滴の形成から始まることを示しました。その後、これらの液滴が成長し、最終的に融合して液体層を形成します。融解プロセス全体は、10秒未満で発生しました。
研究者はまた、融解プロセスがシリコン格子の欠陥の存在に影響されることを観察しました。これらの欠陥は、液滴の形成のための核生成部位として機能します。
SLAC National Accelerator LaboratoryのPhilip H. Bucksbaumが率いる研究チームは、マイクロエレクトロニクス、添加剤の製造、3D印刷、高エネルギー密度物理学、惑星科学、および原子宇宙物質などの分野での長さのスケールを融解することにより、現在の産業材料と技術の改善などの実用的な用途でのこれらの洞察の重要性を説明しています。
科学者は、彼らの発見を使用して、融解に耐性のある新しい材料や特定の融点を持つ新しい材料を開発できると言います。彼らはまた、彼らの仕事が火山噴火のような地質プロセスの理解を改善するのに役立つと信じています。
