Fujita, Tomoki and Sun, Yanwen and Li, Haoyuan and Albert, Thies J and Song, Sanghoon and Sato, Takahiro and Moesgaard, Jens and Cornet, Antoine and Sun, Peihao and Chen, Ying and Mo, Mianzhen and Amini, Narges and Yang, Fan and Lucas, Pierre and Esposito, Vincent and Vila-Comamala, Joan and Wang, Nan and Mamyrbayev, Talgat and David, Christian and Hastings, Jerome and Ruta, Beatrice and Fuoss, Paul and Sokolowski-Tinten, Klaus and Zhu, Diling and Wei, Shuai (2025) Femtosecond X-ray photon correlation spectroscopy enables direct observations of atomic-scale relaxations of glass forming liquids. Journal of Chemical Physics, 162 (19), p. 194201. American Institute of Physics (AIP). doi: 10.1063/5.0264574. ISSN 0021-9606.
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Official URL: https://pubs.aip.org/aip/jcp/article/162/19/194201/3346905/Femtosecond-x-ray-photon-correlation-spectroscopy
Abstract
Glass-forming liquids exhibit structural relaxation behaviors, reflecting underlying atomic rearrangements on a wide range of timescales and playing a crucial role in determining material properties. However, the relaxation processes on the atomic scale are not well-understood due to the experimental difficulties in directly characterizing the evolving correlations of atomic-scale order in disordered systems. Here, we harness the coherence and ultrashort pulse characteristics of an x-ray free electron laser to directly probe atomic-scale ultrafast relaxation dynamics in the model system Ge15Te85. We demonstrate an analysis strategy for determining the intermediate scattering function by extracting the contrast decay of summed scattering patterns from two rapidly successive, nearly identical femtosecond x-ray pulses generated by a split-delay system. The result indicates a full decorrelation of atomic-scale order on the sub-picosecond timescale, supporting the argument for a high-fluidity fragile state of liquid Ge15Te85 above its dynamic crossover temperature. The demonstrated strategy opens an avenue for experimental studies of relaxation dynamics in liquids, glasses, and other highly disordered systems.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/214388/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | Femtosecond X-ray photon correlation spectroscopy enables direct observations of atomic-scale relaxations of glass forming liquids | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | 22 April 2025 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | Journal of Chemical Physics | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume: | 162 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1063/5.0264574 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Page Range: | p. 194201 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | American Institute of Physics (AIP) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 0021-9606 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | Ultrafast X-rays, Glass dynamics, Viscous liquid, Free electron lasers, Chemical dynamics, X ray photon correlation spectroscopy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program: | Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program Themes: | Research under Space Conditions | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research area: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Program: | R FR - Research under Space Conditions | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research theme (Project): | R - Materials Research and Microgravity (MuM), R - Material Design and New Materials | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Location: | Köln-Porz | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institutes and Institutions: | Institute of Materials Physics in Space > Scientific Experiments MP | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited By: | Yang, Fan | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 03 Jun 2025 21:58 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 03 Jun 2025 21:58 |
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