Nieznane właściwości samaru. Nowa technika laserowa otwiera niezwykłe możliwości badawcze

Niemieccy badacze zastosowali spektroskopię podwójnych grzebieni częstotliwości, która pozwoliła na precyzyjne pomiary widm atomowych w szerokim zakresie częstotliwości. Podczas eksperymentów badacze zarejestrowali widma par samaru w różnych temperaturach i analizowali zachowanie pierwiastka przy zmieniających się stężeniach. Porównanie wyników z istniejącymi bazami danych ujawniło kilka nieopisanych wcześniej linii absorpcyjnych, co potwierdza potencjał nowej metody badawczej.

Technika ta bazuje na metodzie optycznych grzebieni częstotliwości, za którą w 2005 roku przyznano Nagrodę Nobla z fizyki. John Hall i Theodor Hänsch opracowali wówczas sposób na niezwykle dokładny pomiar częstotliwości światła – z precyzją sięgającą 15 cyfr po przecinku.

Samar. Niedoceniany bohater współczesnej technologii

Samar to pierwiastek ziem rzadkich o strategicznym znaczeniu dla nowoczesnych technologii. Jest niezbędny do produkcji wysokowydajnych magnesów samarowo-kobaltowych, które napędzają silniki pojazdów elektrycznych i generatory turbin wiatrowych.

Mimo swojego praktycznego znaczenia, wiedza o strukturze poziomów energetycznych samaru pozostawała dotąd niekompletna. Podobna sytuacja dotyczy innych pierwiastków ziem rzadkich i aktynowców, które są kluczowe dla rozwoju wielu zaawansowanych technologii.

Czytaj także: Ten pierwiastek powstał przez przypadek, teraz może uratować świat

Tradycyjna spektroskopia borykała się z dwoma fundamentalnymi ograniczeniami: trudnością w prawidłowym rozróżnianiu sygnałów emitowanych przez badane próbki oraz ograniczonym zakresem długości fal, które instrumenty mogły wykryć.

Nowe podejście do starych problemów

Niemieccy naukowcy opracowali ulepszone, wielokanałowe podejście DCS, które łączy matrycę fotodetektorów z nowatorskim schematem rozwiązywania niejednoznaczności częstotliwości. To rozwiązanie umożliwia szerokopasmowe pomiary o wysokim stosunku sygnału do szumu, wolne od błędów interpretacyjnych.

Osiągnięcie to stanowi pierwszy krok w kierunku realizacji projektu “Spectroscopy 2.0” – międzynarodowej inicjatywy mającej na celu stworzenie masowo równoległego narzędzia spektroskopowego. Taka platforma będzie mogła wykonywać dziesiątki pomiarów spektroskopowych jednocześnie, co znacząco przyspieszy prace badawcze.

Nowe narzędzie znajdzie zastosowanie w spektroskopii gęstych widm atomowych i molekularnych w intensywnych polach magnetycznych. Otwiera to możliwości dla badań w fizyce fundamentalnej i poszukiwania nowych, nieznanych dotąd interakcji w naturze.

Co dalej z tymi odkryciami?

Technika grzebienia częstotliwości wykorzystuje laser z blokadą modów, który emituje serię bardzo krótkich impulsów światła. Światło składa się z długiej serii różnych częstotliwości ułożonych jak zęby grzebienia – stąd charakterystyczna nazwa metody.

Odkrycie niemieckich naukowców pokazuje, jak nowoczesne techniki laserowe mogą ujawnić ukryte właściwości materii. Wyniki badań zostały opublikowane w renomowanym czasopiśmie Physical Review Applied, co potwierdza ich wysoką jakość naukową.

Nowa metoda otwiera obiecujące możliwości dla masowo równoległej spektroskopii, szczególnie w badaniach atomów w impulsowych, ultra-wysokich polach magnetycznych. To może przyspieszyć odkrycia w fizyce fundamentalnej i przyczynić się do rozwoju technologii kolejnej generacji.

Perspektywy i realistyczne oczekiwania

Samar, jako kluczowy składnik magnesów dla energetyki wiatrowej i elektromobilności, pozostanie ważnym pierwiastkiem w nadchodzących latach. Lepsze zrozumienie jego właściwości może prowadzić do opracowania jeszcze wydajniejszych materiałów, co z kolei przełoży się na efektywniejsze rozwiązania energetyczne.

Czytaj także: Gram tego pierwiastka kosztuje 27 mln dolarów. Po dekadach badań zmusili go do stworzenia związku z węglem

W nauce rzadko mamy do czynienia z prawdziwymi przełomami z dnia na dzień. Częściej są to małe kroki, które stopniowo poszerzają naszą wiedzę. To, co udało się osiągnąć niemieckim naukowcom, wygląda na właśnie taki wartościowy, choć może nie spektakularny, krok naprzód.