パルスX線回折で明らかになったレーザー誘起均一配向氷核生成の証拠

Evidence for laser-induced homogeneous oriented ice nucleation revealed via pulsed x-ray diffraction.

• Iftach Nevo
• Sabrina Jahn
• Norman Kretzschmar
• Matteo Levantino
• Yishay Feldman
• Nir Naftali
• Michael Wulff
• Dan Oron
• Leslie Leiserowitz

抄録

これまでのところ、均質で配向性のある氷の核生成は実現されていない。ここでは、特定のレーザービーム構成と偏光を用いて、イオン化閾値以下のナノ秒光レーザーパルスを照射し、ミリサイズの過冷却水滴から氷の核生成を誘導したことを報告する。各レーザーパルスの100ns後に100psの放射光X線パルスを照射したところ、レーザー場の方向や対称性と誘導された氷結晶のH結合配列との間に明確な相関関係が観測された。さらに、X線回折データを解析したところ、過冷却水の観測値や予測値を大きく上回る温度で、誘起された氷の核生成が均一であることがわかった。

The induction of homogeneous and oriented ice nucleation has to date not been achieved. Here, we report induced nucleation of ice from millimeter sized supercooled water drops illuminated by ns-optical laser pulses well below the ionization threshold making use of particular laser beam configurations and polarizations. Employing a 100 ps synchrotron x-ray pulse 100 ns after each laser pulse, an unambiguous correlation was observed between the directions and the symmetry of the laser fields and that of the H-bonding arrays of the induced ice crystals. Moreover, an analysis of the x-ray diffraction data indicates that, in the main, the induced nucleation of ice is homogeneous at temperatures well above the observed and predicted values for supercooled water.