Membuka Rahasia Atom: Sinar-X Berkekuatan Tinggi Menerangi Yang Tak Terlihat
Para ilmuwan membuat kemajuan besar dalam ilmu sinar-X dengan menciptakan pulsa sinar-X keras attodetik berkekuatan tinggi dengan tingkat pengulangan megahertz, memungkinkan studi dinamika elektron ultracepat dan pengukuran non-destruktif tingkat atom.
Pulsa ini penting karena kemampuannya menangkap pergerakan elektron yang cepat, yang mengarah pada penerapan potensial dalam kristalografi attodetik dan dampak transformatif di berbagai disiplin ilmu.
Terobosan dalam Teknologi Pulsa X-Ray
Sebuah tim peneliti di European XFEL dan DESY telah membuat terobosan kemajuan dalam ilmu sinar-X dengan menciptakan pulsa sinar-X keras attodetik berkekuatan tinggi dengan tingkat pengulangan megahertz. Pencapaian ini membuka kemungkinan baru untuk mempelajari dinamika elektron ultracepat dan melakukan pengukuran skala atom non-destruktif. Para peneliti mempublikasikan temuan mereka pada 25 November di Fotonik Alam.
Para peneliti berhasil menghasilkan pulsa sinar-X keras lonjakan tunggal dengan tingkat energi melebihi 100 mikrojoule dan durasi pulsa hanya beberapa ratus attodetik. Sebagai konteks, satu attodetik sama dengan sepertriliun detik—skala waktu yang sangat singkat sehingga memungkinkan para ilmuwan mengamati pergerakan elektron tercepat dalam suatu materi.
Peluang Baru dalam Penelitian Skala Atom
“Pulsa sinar-X attodetik berkekuatan tinggi ini dapat membuka jalan baru untuk mempelajari materi pada skala atom,” kata Jiawei Yan, fisikawan di European XFEL dan penulis utama studi yang diterbitkan di Fotonik Alam. “Dengan sinar-X unik ini, kami dapat melakukan pengukuran properti struktural dan elektronik yang benar-benar bebas kerusakan. Hal ini membuka jalan bagi penelitian lanjutan seperti kristalografi attodetik, yang memungkinkan kita mengamati dinamika elektronik di ruang nyata.”
Metode tradisional untuk menghasilkan pulsa sinar-X keras ultra-pendek memerlukan pengurangan muatan gugus elektron secara drastis hingga puluhan picocoulomb, yang membatasi energi pulsa dan penggunaan praktisnya. Tim mengembangkan metode kicau mandiri, memanfaatkan efek kolektif berkas elektron dan sistem transportasi berkas khusus di XFEL Eropa. Pendekatan ini memungkinkan pembangkitan pulsa sinar-X attodetik pada daya puncak skala terawatt dan tingkat pengulangan megahertz tanpa mengurangi muatan tandan elektron.
Potensi Transformatif untuk Penelitian Ilmiah
“Dengan menggabungkan pulsa ultra-pendek dengan tingkat pengulangan megahertz, kami kini dapat mengumpulkan data lebih cepat dan mengamati proses yang sebelumnya tersembunyi dari pandangan,” kata Gianluca Geloni, pemimpin kelompok fisika FEL di XFEL Eropa. “Perkembangan ini menjanjikan transformasi penelitian di berbagai bidang ilmiah, terutama untuk pencitraan molekul dan bahan protein dalam skala atom dan menyelidiki fenomena sinar-X nonlinier.”
Referensi: “Laser elektron bebas sinar-X keras terawatt-attosecond dengan tingkat pengulangan tinggi” oleh Jiawei Yan, Weilun Qin, Ye Chen, Winfried Decking, Philipp Dijkstal, Marc Guetg, Ichiro Inoue, Naresh Kujala, Shan Liu, Tianyun Long, Najmeh Mirian dan Gianluca Geloni, 25 November 2024, Fotonik Alam.
DOI: 10.1038/s41566-024-01566-0
