像一百，三百年前一样，我们这个时代的科学家一直在寻找新的东西。 每当发现一种物质，现象或过程的新属性时，伟大的思想家就会为此寻求实际的应用。 今天的研究也不例外。 每天，世界上的数据量都在不断增长。 因为现在随着量子计算机，基于微生物的设备等的流行，新的信息存储方式的发展。 未来可能的载流子的基础可能是各种各样的，从天体离子到光子。 今天，我们将从一个新的角度考虑对物理过程的研究，这对我们来说就像传热一样熟悉。 科学家说，纳米多层金属结构中的超快传热可以作为新技术的基础。 为什么这个过程引起了他们如此大的兴趣，他们的大声陈述真的可以被认为是预言的吗？ 我们现在对其进行研究的科学家报告将有助于我们理解这一点。 走吧
学习基础
金属薄膜的超快加热和冷却是研究光子与电子相互作用以及纳米级传热的基本方面。
考虑到多脉冲开关的考虑，以前对温度及其在光诱导飞秒退磁中的变化的兴趣很大。 同样，由于光学激发引起的多层金属中的能量流也吸引了科学家的注意力，因为它们在利用温度变化的磁记录过程中以及在完全光磁转换中起着重要的作用。
但是，在如此小的样本中研究此类现象始终存在困难。 为了更好地理解热能流的本质，有必要获得分子晶格本身的温度，这在热容中起着最重要的作用。
科学家意识到，样品特定的
布拉格角
*上的超快X射线衍射（UXRD）对于这种复杂的测量非常有用。
布拉格衍射* -在某些入射角和一定波长处波的强散射现象。
即使这些层位于不透明的涂层之下或它们的厚度小于表面层的厚度，该方法也可以测量多层结构。 还可以高精度地测量每层的晶格变化，这使得可以确定金属层中释放的热量。
UXRD方法以前已经被使用过，但是它有一定的局限性。 首先，时间分辨率约为100 ps，这使我们能够研究短时间且距离小于100 nm的热传递。 在这项研究中，有可能实现约5 nm距离的测量。
样例
作为测试样品，使用两层
Au / Ni样品，其中Au（金）的厚度为5.6nm。 Ni（镍）为12.4 nm。
MgO （氧化镁）用作衬底，因为其反射系数为1，即，MgO是绝对反射器。
对金和镍层晶格动力学的观察表明，仅2 ps后，镍晶格就会膨胀。 同时，即使大部分光被该层的电子子系统吸收，Au晶格仍保持冷态。 金晶格的加热相当缓慢，在曝光后约80 ps后达到最高温度。
两层结构的
弛豫过程
*比1皮秒慢2个数量级，这与以前的计算有所不同，并且比实现电子-声子平衡的标准时间（τ0
Au = 1-5 ps）要慢。
弛豫*是在系统中建立热力学平衡的过程。
实现热力学平衡的主要因素之一是热平衡。 视频中显示了什么（有点笨拙，但简单准确）。
对于科学家来说，类似的结果令人惊讶。 他们通过以下事实来解释这一点：在两层结构中，电子和Au晶格之间的不平衡状态比Au构成系统的单层时要更长。 对两层金-铂体系的研究有助于理解这一点。
实验准备和结果为了激发电子系统Au（上层）和Ni，使用了波长为400和800 nm的飞秒激光。
图片编号1：样本层结构应当注意，对于波长为400nm的激光脉冲，Au和Ni层的吸收程度大致相同，而在800nm处，Au层实际上不吸收光。 如此大的差异是由于在400 nm处Au层具有明显更高的折射率这一事实。 在Au层中的波长为800nm（厚度为5.6nm）下，反射光的有害干扰降低了吸收程度。
图片2：实验数据图像
2a显示了样品的X射线衍射图，证实了Au和Ni纳米层的晶体取向。 彩色线显示布拉格峰在选定时刻的过渡位移：Au为
2b ，Ni为
2c 。 白色虚线是从线性到对数时间轴的轴间隙。
图像3：层（Ni，Au）和基底（MgO）的热力学现在值得更详细地考虑实验样品中的传热过程。 如前所述，Ni最初会膨胀，而Au层会由于Ni层的膨胀而收缩。 3 ps后，由于表面上的反射将压缩波转换为膨胀波时，Au层开始主动膨胀。 同时，还观察到了镍层中变形波的微小振动。
经过80 ps的时间戳（相当长的时间）后，当两层的温度大致相等时，Au通过从Ni层传递热量达到其最大膨胀。 此外，当热量已经转移到氧化镁基材上时，以大约100 ps的速度开始冷却过程。
还可以确定，从过程开始起20 ps后，从Ni转移到Au的热能的量等于转移到衬底上的能量的量。
150 ps之后，两层薄膜的一半热能就进入了基板。 但是，科学家们仍然不理解为什么超薄的金层由于电子传热而不能很快加热，这对于金属来说是很常见的。 并且热量“泄漏”到基板中并没有提供详尽的解释。
基于对热辐射反射系数的最新研究，科学家创建了一个先进的两温模型，这将有助于解释Au的缓慢加热（图
3a ）。
两种温度模型现在按顺序。 电子系统Ni和Au由于其高电导率而很快达到平衡。 快速平衡的确认是，在开始的2 ps中，Au层在400 nm和800 nm处均等地压缩。 否则，暴露在400 nm光束中后，Au中的高电子压力将导致由Ni膨胀引起的压缩。
平衡的另一个证明是研究人员的以下陈述：如果电子在不到1 ps的时间内未达到平衡，从而从Au电子系统中带走热量，则将不会观察到Au如此强烈的压缩，因为电子压力会立即导致Au膨胀。 。
关于电子-光子相互作用常数，其在Ni层中比在Au中大得多。 电子系统接收的几乎所有光子能量都被发送到Ni晶格。 尽管存在这样一个事实，即在400 nm处，最初大约有1/3的吸收能量被引入了Au电子系统。
图4：模型与实验数据的比较曲线图
4a示出了由各层的平均加热计算出的变形（虚线）。 这些计算对应于图像1b中所示的模型。 但是实线是基于上述模型的模拟。
图4b是应变的彩色表示，其是样品深度和时间的函数，其是考虑到层中存在空间均匀的瞬态热应力而构造的。 该图对应于图4a中的虚线。
科学家报告更详细地描述了他们的研究细节以及计算方法，因此，我强烈建议您熟悉它。结语这项研究使得在纳米级的多层结构中研究传热过程成为可能，从而为更详细地表征合金和金属组合的复杂系统的某些特性提供了可能性。
Au和Ni电子显示出极快地进入平衡状态的能力，这可以通过以下事实得到证实：当暴露400 nm和800 nm的光束时，最初加热仅在Ni中发生，而与Au层吸收的能量无关。
在400 nm处，检测到在层之间（从一层到另一层，反之亦然）转移热能的过程。 首先，电子将能量从Au迅速转移到Ni，因此一部分热量从Ni光子转移回Au光子。 最后，热量通过Ni到达氧化镁基材。
由于Au中的弱电子-光子耦合，从Ni光子通过Ni和Au电子转移到Au晶格的能量被强烈抑制。 这项研究必将对过扩散电子交换和光退磁/复磁的未来研究产生重大影响。
这样的工作可以并且将成为改进未来技术某些方面的重要元素。 这些只是第一步，但潜力是显而易见的。 如果您不对此类研究表示怀疑，并希望了解其他人认为不重要的研究，那么进展将会更快，更有效。
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