Международная группа физиков зарегистрировала структуру лазерной плазмы в диапазоне от 10 до 500 нанометров с помощью одного рентгеновского импульса. Опыт провели на японской установке SACLA. Масато Ота, Ёити Сакава и их коллеги опубликовали результаты 16 октября 2026 года в журнале Communications Physics.

При обычном малоугловом рентгеновском рассеянии центральную часть пучка закрывают экраном, чтобы защитить детектор. Но экран заслоняет не только яркий прямой пучок: вместе с ним пропадают и слабые сигналы, рассеянные под очень малыми углами. Исследователи заменили экран треугольными алюминиевыми фильтрами разной толщины. Они ослабляли центральный сигнал и сильные пики, так что одна рентгеновская камера могла записать их в подходящем диапазоне интенсивности.

За одну экспозицию физики получили сигналы от нулевого до 14-го порядка рассеяния. Пики низших порядков отражали более крупные структуры, а высших помогали изучать мелкие. Так команда одновременно охватила несколько пространственных масштабов. Чтобы проследить, как структура менялась со временем, измерения повторяли при разных задержках между лазерным и рентгеновским импульсами.

Что измерили в кремниевых стержнях

Мишенью служил упорядоченный массив кремниевых стержней. Сначала интенсивный фемтосекундный лазер превратил их поверхность в плазму, затем рентгеновский импульс зафиксировал рассеянное излучение. Меняя задержку между лазерным импульсом и рентгеновским зондом, исследователи проследили, как плазменный слой разрежается и меняется его характерный размер. В начале он составлял около 26,4 нанометра. Скорость фронта разрежения оценили в 12,4 ± 7,5 километра в секунду. Температуру электронов, исходя из этой скорости и предположения о кремниевой плазме твёрдой плотности, оценили примерно в 11 электронвольт.

Этот способ можно сравнить с фотографированием яркой лампы через несколько полупрозрачных фильтров. Они приглушают яркий центр, чтобы камера могла его записать, но не убирают слабые детали вокруг. В эксперименте фильтры не добавляли данных, а позволили одной камере одновременно зарегистрировать сигналы разной интенсивности.

Авторы также провели двумерные численные симуляции. Расчёты показали, что начальный размер плазменного слоя влияет на поглощение лазерной энергии. Это результат моделирования, а не прямое измерение поглощения в эксперименте. Симуляции упрощали условия опыта, а использованное описание профиля плотности плазмы авторы считают приближённым. Для более точного анализа это приближение нужно уточнить.

Подробности исследования доступны в статье журнала Communications Physics. Тем, кто готовит собственную публикацию, может пригодиться услуга редактирования научной работы.

Схема метода: лазер создаёт плазму на кремниевых стержнях, а рентгеновское рассеяние проходит через фильтры к одной камере

Фото: Gergő / Pexels