能源部SLAC国家加速器实验室进行的新研究阐明了金在受到高能激光脉冲照射时的奇怪行为。

当某些材料(例如硅)受到强烈的激光激发时，它们会很快分解。但黄金的作用恰恰相反：它变得更坚韧、更有弹性。这是因为金原子一起振动的方式(它们的声子行为)发生了变化。

贝尔法斯特女王大学研究员阿德里安·德坎普斯(AdrienDescamps)表示：“我们的研究结果挑战了之前的认识，表明在某些条件下，像金这样的金属在受到强激光脉冲时会变得更坚固，而不是熔化。”斯坦福大学和SLAC的学生。“这与半导体形成鲜明对比，半导体变得不稳定并熔化。”

几十年来，模拟暗示了这种现象(称为声子硬化)的可能性。现在，利用SLAC的直线加速器相干光源(LCLS)，研究人员终于将这种声子硬化技术变为现实。该团队已在《科学进展》上发表了他们的研究结果。

“看到我们的理论预测在实验上得到证实，这是一次令人着迷的旅程，”合作者、贝尔法斯特女王大学研究员、曾任SLAC高能量密度科学(HEDS)部门潘诺夫斯基研究员的合作者艾玛·麦克布莱德(EmmaMcBride)说道。“我们现在在LCLS上测量这些现象的精度令人惊讶，它为材料科学研究的未来研究开辟了新的可能性。”

在实验中，研究小组在极端条件下的物质实验室中用光学激光脉冲瞄准金薄膜，然后使用LCLS的超快X射线脉冲拍摄材料响应的原子级快照。这种对金原子世界的高分辨率观察使研究人员能够观察微妙的变化并捕捉其声子能量增加的时刻，从而提供声子硬化的具体证据。

“我们在LCLS上使用X射线衍射来测量金对激光激发的结构响应，”McBride说。“这揭示了对极端条件下原子排列和稳定性的见解。”

研究人员发现，当金吸收极高能量的激光脉冲时，将其原子结合在一起的力就会变得更强。这种变化使原子振动得更快，这会改变金对热量的反应，甚至可能影响它熔化的温度。

SLAC高能量密度部门主任SiegfriedGlenzer表示：“这项工作解决了有关金属超快激发的一个长期存在的问题，并表明强激光可以完全改变晶格的响应。”

研究人员认为，类似的现象也可能存在于铝、铜和铂等其他金属中。进一步的探索可以更好地了解金属在极端条件下的行为，这将有助于开发更具弹性的材料。

德坎普斯说：“展望未来，我们很高兴能够将这些发现应用于更实际的应用，例如激光加工和材料制造，在原子水平上理解这些过程可能会导致技术和材料的改进。”“我们还计划进行更多实验，并希望在更广泛的材料中探索这些现象。这对我们的领域来说是一个激动人心的时刻，我们期待看到这些发现将我们带向何方。”

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