納米科學：科學家們觀察量子點，呼吸，以應對壓力！
美國能源部SLAC國家加速器實驗室的研究人員觀察到納米級半導體晶體隨著強大的雷射脈衝而膨脹和收縮。這種超快的「呼吸」提供了關於這些微小結構在開始融化時如何改變形狀的新見解 - 這些信息可以幫助指導研究人員定製其用於各種應用的用途，在使用SLAC的Linac相干光源（LCLS）X射線雷射器（美國能源部科學用戶設施辦公室）的實驗中，研究人員首先將納米晶體暴露在一束雷射中，然後緊接著一個超亮的X射線脈衝，記錄了由此產生的結果。熔化開始時原子級細節的結構變化，這是我們第一次能夠測量這些超小材料在受到限制時如何反應的細節，」負責該實驗的SLAC和史丹福大學助理教授Aaron Lindenberg說，在SLAC研究的晶體被稱為「 量子點 」，因為它們在納米尺度上顯示出獨特的特性，這些特性無法在更大尺度上控制它們的性質。例如，可以通過改變它們的尺寸和形狀來調整晶體以發出特定顏色的光。
因此，科學家們已經致力於將它們整合到太陽能電池板中，以提高效率並在計算機顯示器中提高解析度，同時消耗更少的電池電還研究了這些材料用於電池和燃料電池以及靶向藥物遞送的潛在用途，科學家們還發現，這些和其他可能含有數十或數百個原子的納米材料比相同材料的大部分材料具有更強的抗損傷性，因為它們在最小的尺度上表現出更完美的晶體結構。例如，這種性質可證明在電池組件中是有用的，因為較小的顆粒在降解之前可能比較大的顆粒能夠承受更多的充電循環。
在LCLS實驗中，研究人員研究了由硫化鎘和硒化鎘製成的球體和納米線，這些球體和納米線僅為3到5納米，或十億分之一米。納米線長達25納米。相比之下，胺基酸 - 蛋白質的構建模塊 - 長度約為1納米，單個原子的測量值為十分之一納米，通過用X射線脈衝檢查來自許多不同角度的納米晶體，研究人員重建了它們在用光學雷射脈衝擊中時如何改變形狀。他們驚訝地看到球體和納米線的寬度擴大了約1％，然後在飛秒或千萬億分之一秒內快速收縮。他們還發現納米線的長度不會擴大，並且表明晶體對應變的響應方式與它們的結構如何融化有關。
在一項較早的單獨研究中，另一組研究人員使用LCLS探索較大金粒子在較長時間尺度上的響應，未來，我們希望將這些實驗擴展到更複雜和技術相關的納米結構，並在運行時對納米級器件進行X射線探測，」Lindenberg說。「了解材料如何在應變下發生變化，可以與模擬結合使用來設計具有新特性的新材料。