يعزز أول مطياف للأشعة السينية فائقة التوصيل في أوروبا اكتشاف الفوتون بمقدار 1000 مرة
قام باحثون في ألمانيا بإحضار مقياس طيف الأشعة السينية فائق التوصيل الأول والوحيد في أوروبا عبر الإنترنت في السنكروترون BESSY II، وهو مصدر ضوء السنكروترون الرائد من الجيل الثالث. تم تطوير الأداة في إطار التعاون بين مركز هيلمهولتز في برلين (HZB)، ومعهد ماكس بلانك لتحويل الطاقة الكيميائية (MPICEC)، والمعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا (NIST). ويعتمد على مجموعة كاشفات مكونة من 248 جهاز استشعار يمكنها اكتشاف فوتونات الأشعة السينية بكفاءة أكبر بكثير من أنظمة التحليل الطيفي لانبعاث الأشعة السينية التقليدية (XES) وأنظمة تشتت الأشعة السينية غير المرنة الرنانة (RIXS). إن كفاءة الكشف عن الفوتون أعلى بـ 100 إلى 1000 مرة من كفاءة مطياف انبعاث الأشعة السينية التقليدية المشتتة للطول الموجي. وفقًا للفريق، سيتم استخدامه لدراسة الخصائص الإلكترونية للطبقات الرقيقة ذريًا، والبنى النانوية، والعينات الذرية والجزيئية المخففة للغاية. ويتوقع الفريق أن تتيح هذه الأداة إجراء العديد من التجارب الرائدة الجديدة. تقوم مرافق السنكروترون الأولى لمقياس الطيف TES، مثل BESSY II، بتوليد حزم مكثفة من الأشعة السينية التي تسمح للباحثين باستكشاف بنية المادة وخصائصها. ومع ذلك، تتطلب تقنيات مثل XES وRIXS الكشف عن الفوتونات المنبعثة من العينة بعد تفاعلها مع الأشعة السينية الواردة. وهذا يجعلهم متعطشين للغاية للفوتون. وقد اقتصرت هذه الأساليب تقليديا على عينات كبيرة أو عالية التركيز. سيمكن مطياف مستشعر الحافة الانتقالية (TES) من إجراء دراسات على الطبقات الرقيقة ذريًا، والبنى النانوية، والشوائب، والأنظمة الجزيئية المخففة للغاية. تحتوي مجموعة الكاشف على 248 مستشعرًا. يقول ريجيس ديكر، عالم HZB المسؤول عن الجهاز الجديد: “إن كاشف فوتون مصفوفة مستشعر الحافة الانتقالية فائق التوصيل (TES) الذي قمنا بتشغيله الآن في BESSY II أكثر كفاءة بحوالي 100 إلى 1000 مرة في اكتشاف الفوتونات من مقاييس الطيف XES وRIXS التقليدية”. وأوضح ديكر أن النظام يمكن أن يوفر نظرة ثاقبة للكيمياء الجزيئية، والبيولوجيا الجزيئية، والمواد الكمومية. كما أنه يكمل تقنيات مثل التحليل الطيفي للانبعاث الضوئي ذو الزاوية (ARPES). يستخدم ARPES على نطاق واسع للتحقيق في هياكل النطاق الإلكتروني. إعادة تشكيل تحليل الأشعة السينية يمكن للأداة أن تقلل بشكل كبير من أوقات التجربة. ومن الناحية العملية، يعني هذا أن القياسات التي كانت تستغرق عادةً ساعات مع الأنظمة التقليدية يمكن الآن إكمالها في بضع دقائق فقط. وهذا من شأنه أن يتيح للعلماء جمع البيانات بشكل أكثر كفاءة والتحقيق في المزيد من المواد. وأشار HZB إلى أن مجموعة مطياف TES تحتوي على 248 مستشعرًا فائق التوصيل عند تبريده إلى 25 ملي كلفن (mK). وهذا مجرد جزء بسيط من الدرجة فوق الصفر المطلق. ويتم تحقيق ذلك باستخدام ثلاجة تخفيف الهيليوم-4/الهيليوم-3 (He4-He3) المشابهة للأنظمة المبردة المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر الكمومية. بمجرد أن تضرب فوتونات الأشعة السينية المنبعثة من العينة أحد المستشعرات، فإنها تتسبب في زيادة طفيفة في درجة الحرارة مما يؤدي إلى تعطيل حالة التوصيل الفائق للمستشعر لفترة وجيزة. يتم اكتشاف هذا التغيير في المقاومة الكهربائية من خلال دائرة تعتمد على مجموعة من أجهزة التداخل الكمي فائقة التوصيل (SQUIDs). تم دمج مقياس الطيف مع غرفة عينة مخصصة عالية التفريغ تسمح للباحثين بنقل العينات وإعدادها وقياسها في درجات حرارة تتراوح من 10 كلفن (K) إلى درجة حرارة الغرفة. تم تثبيت الإعداد في خط شعاع BESSY II UE52-SGM، حيث يمكن للعلماء أيضًا التحكم في استقطاب الأشعة السينية الواردة. واختتم ديكر في بيان صحفي: “نحن نتطلع إلى تلقي مقترحات بحثية مثيرة من مجتمع المستخدمين لدينا”.
تم النشر: 2026-06-18 01:07:00
