Ученые засняли процесс фотографирования – как идет засветка кристаллов

Впервые в истории физикам удалось сфотографировать сам процесс фотографирования.

Группа физиков из Гамбурга, которая работает на синхротроне PETRA III, зафиксировала процессы, которые проходят на атомном уровне в классической фотопластине. Оказывается, что в процессе засвечивания, кристаллы бромида серебра деформируются и вращаются. Итоги исследования ученых были опубликованы в журнале Nature Materials, с препринтом статьи можно ознакомиться на сайте ArXiv.org, а краткое изложение работы выложено в блоге Королевского Химического Общества.

Микроструктура фотобумаги Kodak Linograph type 2167. Средний размер кристаллов бромида серебра – 2,5 микрона Zhifeng Huang Et al. / Nature Materials, 2015

В процессе опыта ученые исследовали фотобумагу Kodak Linagraph type 2167. Ее основное фоточувствительное вещество – бромид серебра. Бумага меняет цвет при попадании света – оттенок белого становится серым, что происходит за счет химической реакции, когда бромид серебра разлагается на бром и кристаллическое серебро. Процесс ускоряется под воздействием рентген-излучения.

Но нужно отметить, что рентгеновские лучи не полностью поглощаются пластиной. Как и при стандартном рентгене во врачебных целях, большое количество их проходит насквозь фотобумагу, при этом рассеивается на атомах, из которых она состоит. Это рассеивание ученым удалось уловить с помощью специальных детекторов и точно зафиксировать. Теперь стало возможно получить информацию о том, как располагаются сами атомы непосредственно в веществе. Например, во время попадания пучка рентгеновского излучения на кристалл, позади него образуются пятна, по расположению которых можно определить на каком расстоянии атомы находятся в кристалле относительно друг друга.

Эксперимент физиков заключался в том, что фрагмент фотобумаги поместили на пути интенсивного пучка рентгеновских лучей, которые исходили из синхротрона. Изменения, которые можно обнаружить, происходят в единичных кристаллах бромида серебра, чтобы это увидеть, пришлось уменьшить диаметр пучка света до стен нанометров.

Вращение кристалла бромида серебра под действием излучения
Zhifeng Huang Et al. / Nature Materials, 2015

В процессе засветки бумаги кристаллы активно деформируются и вращаются. Скорость этого вращения была оценена примерно один оборот в секунду, а деформация кристаллов микронного размера составляла чуть более полуангстрема. Полученные видео наглядно демонстрируют процесс изменения параметров кристаллической решетки во время облучения вещества пучком рентгеновского света.

Деформация в кристалле бромида серебра, сопутствующая реакции разложения вещества на серебро и бром
Zhifeng Huang Et al. / Nature Materials, 2015

Как и все великое, открытый эффект был обнаружен случайно. Фотобумагу использовали для определения положения рентгеновского пучка, для чего небольшой ее кусочек разместили перед детектором. В ходе этого шага один из членов команды должен был выключить дорогостоящий прибор, но, по всей видимости, забыл это сделать. Картина рассеяния, которую ученые увидели на снимках, менялась быстрее, чем того можно было ожидать, поэтому было решено провести полномасштабное исследование, которое привело к тому, что человечеству теперь может наблюдать как выглядит фотографирование в процессе.