解开原子秘密：高能X射线照亮不可见世界

huanxi666

欧洲X射线自由电子激光装置（XFEL）携手德国电子同步加速器实验室（DESY），通过创造具有兆赫兹重复率的高功率阿秒硬X射线脉冲，在X射线科学方面取得了突破性进展。这一成就为研究超快电子动力学和进行非破坏性原子尺度测量开辟了新的可能性。研究人员在最新一期的《自然光子学》（Nature Photonics）上发表了他们的研究结果。研究人员成功地产生了能量水平超过100微焦耳的单脉冲硬X射线脉冲，脉冲持续时间仅为几百阿秒（1阿秒=1*10^-18秒）。这个时间尺度如此之短，以至于科学家们能够观察到物质中最快的电子运动。这些高功率阿秒X射线脉冲可以为在原子尺度上研究物质开辟新的途径。有了这些独特的X射线，研究人员可以对结构和电子特性进行真正的无损伤测量。这为阿秒晶体学等高级研究铺平了道路，使科学家能够在真实空间中观察电子动力学。产生这种超短硬X射线脉冲的传统方法需要将电子束电荷大幅降低到几十皮库仑，这限制了脉冲能量和实际应用。该团队开发了一种方法，利用电子束的集体效应和欧洲XFEL的专用光束传输系统。这种方法能够在不减少电子束电荷的情况下，以太瓦级峰值功率和兆赫兹重复率产生阿秒X射线脉冲。通过将超短脉冲与兆赫兹重复频率相结合，研究人员现在可以更快地收集数据，并观察到以前隐藏在视线之外的过程。这一发展有望改变多个科学领域的研究，特别是在蛋白质分子和材料的原子尺度成像以及研究非线性X射线现象方面。