Nowa metoda spektroskopii atomowej
Zespół z Uniwersytetu Johana Gutenberga w Moguncji oraz Helmholtz-Institut Mainz udoskonalił technikę spektroskopii dwugrzebieniowej. Ich podejście opiera się na nagrodzonej Noblem technice optycznego grzebienia częstotliwości, choć wprowadza istotne ulepszenia. Kluczową innowacją było zastosowanie matrycy fotodetektorów wraz z nowatorskim schematem rozwiązywania niejednoznaczności częstotliwości. To połączenie pozwala na szerokopasmowe pomiary o wyjątkowo wysokiej precyzji. Wykorzystywany na potrzeby eksperymentów system generuje impulsy femtosekundowe z częstością około 250 MHz, obejmując zakres widmowy od 650 do 2100 nanometrów. Średni stosunek sygnału do szumu wynosi około 1100, co przekłada się na niezwykłą dokładność pomiarów.
Jeśli zaś chodzi o samar to jest to jeden z tych pierwiastków, o których mało kto słyszał, ale które napędzają współczesną technologię. Jest niezbędny do produkcji wysokowydajnych magnesów samarowo-kobaltowych stosowanych w silnikach elektrycznych i generatorach turbin wiatrowych. W eksperymencie badano pary samaru w ekstremalnych warunkach: temperatura sięgała około 1040 stopni Celsjusza, przy ciśnieniu gazu buforowego (argon) 330 tr. Moc rozpraszania wynosiła około 1,5 kW. Najważniejszym odkryciem było zidentyfikowanie kilku wcześniej nieopisanych linii absorpcyjnych samaru w zakresie 52 nanometrów. To dopiero początek, ponieważ wdrożona metoda otwiera drogę do odkrywania kolejnych nieznanych właściwości pierwiastków ziem rzadkich. Nowo odkryte linie absorpcyjne mogą pomóc lepiej zrozumieć zachowanie samaru w różnych warunkach. W dłuższej perspektywie może to prowadzić do optymalizacji procesów produkcyjnych magnesów, choć na praktyczne efekty przyjdzie pewnie jeszcze poczekać.
Perspektywy dla badań atomowych
Odkrycie stanowi krok w kierunku tak zwanej „Spektroskopii 2.0”, czyli platformy nowej generacji zaprojektowanej jako masowo równoległe narzędzie badawcze. Technologia umożliwi jednoczesne wykonywanie wielu pomiarów z niespotykaną dotąd precyzją. Planowane zastosowania obejmują badania atomów w pulsacyjnych, ultra-wysokich polach magnetycznych do 100 tesli oraz poszukiwanie fizyki poza modelem standardowym.
Wysokorozdzielcza, szerokopasmowa spektroskopia jest niezbędna do precyzyjnych pomiarów w fizyce atomowej i poszukiwania nowych fundamentalnych interakcji — wyjaśnia azmik Aramyan
Czytaj też: Trzy pomiary kwantowe w jednym urządzeniu. NIST dokonał przełomu, o którym naukowcy marzyli od dekad
Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Physical Review Applied. Nowa metoda może zrewolucjonizować nie tylko badania nad pierwiastkami ziem rzadkich, lecz całą dziedzinę fizyki atomowej. Możliwość precyzyjnego badania materiałów w ekstremalnych warunkach otwiera ciekawe perspektywy, choć realny wpływ na technologie energetyczne i elektroniczne zostanie oceniony dopiero po czasie. Patrząc realistycznie, każde takie osiągnięcie naukowe wymaga czasu na weryfikację i ewentualne komercjalizację. Metoda jest obiecująca, ale jej prawdziwa wartość ujawni się dopiero gdy inne zespoły zaczną z niej korzystać i potwierdzą jej skuteczność.