由贝尔法斯特女王大学领导的一个国际科学家团队发现了黄金的一些以前未知的特性，并证明这种金属对极端温度的反应出乎意料。他们的一系列突破性实验是在加利福尼亚州SLAC国家加速器实验室的直线加速器相干光源提供的世界领先的高规格激光技术的帮助下进行的。

来自贝尔法斯特女王大学数学与物理学院的Adrien Descamps博士和Emma McBride博士领导了来自英国、美国、德国和法国的研究团队。该团队在LCLS的极端条件下的物质实验小屋工作，在极端条件下的物质实验小屋中用光学激光脉冲瞄准薄金薄膜，然后使用来自LCLS的超快X射线脉冲拍摄材料反应的原子级快照。与所有人的预期相反，金属停止熔化，实际上在超过一定的热阈值时变得更硬、更坚固。然后需要不断增加的能量才能使黄金达到熔点。

虽然硅等其他材料在受到强烈的激光脉冲时会迅速分崩离析，但金变得更坚韧、更有弹性的相反反应表明，金原子一起振动的方式——它们的声子行为——发生了变化。虽然这一结果在理论模拟中已经预测到，但在飞秒技术出现之前，它从未被明确观察到

“我们的研究结果挑战了以前的理解，表明在某些条件下，像黄金这样的金属在受到强烈的激光脉冲时会变得更坚固而不是熔化，”Adrien Descamps说，他在斯坦福大学和SLAC读研究生时领导了这项研究。“这与半导体形成鲜明对比，半导体变得不稳定并熔化。

虽然这一发现属于基础物理学领域，但它将对技术和工业产生广泛的影响。例如，在航空航天和汽车工业的制造中，激光技术被广泛用于加热和加工小型、高度复杂和复杂的零件的硬质金属。

现在，物理学家们想知道其他金属——“贵金属”、贵金属或其他金属——可能会以类似的方式发生反应。有理论预测，铜、铂和铝在“激发”时会表现得像金，但其他材料，如钽——用于制造飞机发动机的“高温合金”;而钨——聚变反应堆建设中的重要材料，未来可能成为清洁能源的重要来源，将做出不同的反应。除金以外的任何元素的实验尚未进行——这是世界首创。

阿德里安·德斯坎普斯解释了这一发现的重要性：“我们的研究就像理论物理学和现实世界之间的桥梁。虽然过去的模拟可能认为这种效应是可能的，但我们的实验提供了数百个数据点，提供了大量以前无法获得的细节和证据。

“你只能在原子水平上获得这种细节——我们在应用激光之前探测到材料爆炸之间的时间尺度——这只是瞬间的一小部分。你只能在皮秒尺度上真正研究它——它发生得太快了，无法用肉眼或'实时'看到。

女王大学UKRI未来领袖研究员Emma McBride补充说：“能够使用这些高度专业化且昂贵的X射线机是一种荣幸，我们非常感谢这个机会。十多年前，我们无法进行这个实验——这种复杂的机器根本不存在，我们无法知道材料在这种强度下对激光的反应。

“通过证明声子硬化确实是真实的并且可以被证明，它将增加我们对能量如何流动以及材料如何响应的理解。这对应用科学和技术的未来将是无价的。

研究人员使用世界上分辨率最高的X射线机进行了实验。全球只有五个研究机构拥有这种设备，顶尖的研究人员必须争夺高度珍贵和有限的时间段。

该研究发布在《科学进展》