Физики сфотографировали процесс фотографирования

Группа физиков, работающих на синхротроне PETRA III в Гамбурге, впервые зафиксировала на атомном уровне процессы, происходящие в классической фотопластинке. Оказалось, что кристаллы бромида серебра в процессе засвечивания начинают деформироваться и вращаться. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Materials, препринт статьи доступен на сайте ArXiv.org, а с кратким изложением работы можно ознакомиться в блоге Королевского Химического Общества.

Авторы исследовали фотобумагу Kodak Linagraph type 2167, основным фоточувствительным веществом которой является бромид серебра. Она меняет свой цвет с белого на серый при попадании на свет — происходит реакция разложения бромида серебра на бром и кристаллическое серебро. Под действием рентгеновского излучения это происходит еще быстрее.

Однако рентген поглощается пластинкой не полностью. Как и при обычном рентгеновском исследовании в кабинете врача, довольно большое количество излучения проходит сквозь фотобумагу, рассеиваясь на атомах, из которых она состоит. С помощью специальных детекторов это рассеяние можно очень точно зафиксировать и узнать информацию о том, как расположены атомы в веществе. Например, когда пучок рентгеновского излучения попадает на кристалл, то позади него образуется набор пятен, по которым можно точно определить, на каком расстоянии друг от друга находятся атомы в этом кристалле.

В эксперименте физики поместили кусочек фотобумаги на пути очень интенсивного пучка рентгеновского излучения из синхротрона и с помощью специального детектора смотрели, как меняется расположение пятен от кристаллов серебра во время "фотографирования" излучения. Для того, чтобы увидеть изменения, происходящие на уровне единичных кристаллов бромида серебра, диаметр проходящего пучка был уменьшен до сотен нанометров.

Оказалось, что кристаллы на поверхности фотобумаги начинают активно деформироваться и вращаться в процессе засвечивания. Физики оценили скорость вращения примерно в один оборот в секунду, а деформации кристаллов микронного размера составляли более полуангстрема. На полученных видео можно заметить, как происходит изменение параметров кристаллической решетки в ходе облучения вещества пучком рентгеновского излучения.

По словам авторов, этот 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.