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国外科研团队在X射线科学领域取得了重大突破

jf_64961214 来源:jf_64961214 作者:jf_64961214 2024-12-20 09:11 次阅读

近日,据《自然·光子学》报道,欧洲X射线自由电子激光装置(XFEL)和德国电子同步加速器研究中心团队在X射线科学领域取得了重大突破。他们成功生成了前所未有的高功率、阿秒级硬X射线脉冲,且重复频率达到了兆赫兹级别,为超快电子动力学研究开辟了新领域。

此次团队展示了单尖峰硬X射线脉冲,其脉冲能量超过100微焦耳,脉冲持续时间仅为几百阿秒(1阿秒=10-18秒)。这一时间尺度使科学家能够捕捉到物质中最快的电子运动。

团队表示,这些高功率阿秒X射线脉冲可能为原子尺度物质的研究开辟新途径。科学家可以对结构和电子特性进行真正的无损测量。这也为阿秒晶体学等高级研究铺平了道路,使科学家能够观察真实空间中的电子动力学。

借助特殊光束光学系统,欧洲X射线自由电子激光装置的相对论电子(蓝色云)被强烈压缩(中间的亮线)。这导致在阿秒时间尺度上产生非常明亮、高功率的 X 射线脉冲。

传统方法生成这种超短硬X射线脉冲需要将电子束电荷大幅降低至几十皮库仑,这限制了脉冲能量和实际应用。鉴于此,团队开发了一种自啁啾方法。利用XFEL的电子束集体效应和专用束流传输系统,这种方法能够在不减少电子束电荷的情况下,产生太瓦级峰值功率和兆赫兹重复频率的阿秒X射线脉冲。

通过将超短脉冲与兆赫兹重复频率相结合,人们现在可以更快地收集数据,并观察到以前无法观察到的过程。这一进展有望改变多个科学领域的研究,尤其是蛋白质分子和材料的原子尺度成像,以及非线性X射线现象的研究。

审核编辑 黄宇

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