科學家創造了具有百萬赫茲重複率的高功率阿秒硬X射線脈衝
科學家創造了具有百萬赫茲重複率的高功率阿秒硬X 射線脈衝，實現了超快電子動力學研究和原子級非破壞性測量，從而在X 射線科學領域取得了重大進展。這些脈衝具有捕捉快速電子運動的能力，因而意義重大，可望應用於阿秒晶體學，並對各科學學科產生變革性影響。
歐洲XFEL 和DESY 的科學家以百萬赫茲的重複率產生高功率阿秒X 射線脈衝。 在特殊光束光學技術的幫助下，相對論性電子（藍雲）被強烈壓縮（中心亮線）。 這就產生了一個非常明亮、高功率的阿秒X 射線脈衝。 資料來源：歐洲XFEL；圖： Tobias Wüstefeld
X 射線脈衝技術的突破
歐洲XFEL 和DESY的一個研究小組創造了具有百萬赫茲重複率的高功率阿秒硬X 射線脈衝，從而在X 射線科學領域取得了突破性進展。 這項成果為研究超快電子動力學和進行非破壞性原子尺度測量提供了新的可能性。 研究人員於11月25日在Nature Photonics上發表了他們的研究成果。
研究人員成功產生了單尖峰硬X 射線脈衝，其能量水平超過100 微焦耳，脈衝持續時間僅為數百阿秒。 為便於理解，阿秒是一秒的五十億分之一–如此短的時間尺度使科學家能夠觀察到物質中最快的電子運動。
原子級研究的新機遇
歐洲XFEL 物理學家、發表在《自然-光子學》（Nature Photonics）上的研究報告的第一作者嚴嘉偉說：”這些高功率阿秒X 射線脈衝可以為原子尺度的物質研究開闢新的途徑。利用這些獨特的X 射線，我們可以對結構和電子特性進行真正無損的測量。
產生這種超短硬X 射線脈衝的傳統方法需要將電子束電荷大幅降低到數十皮庫侖，這限制了脈衝能量和實際用途。 研究小組開發了一種自啁啾方法，利用電子束的集體效應和歐洲XFEL 的專門束流傳輸系統。 這種方法能夠在不降低電子束電荷的情況下，以太瓦級的峰值功率和百萬赫茲的重複率產生阿秒的X射線脈衝。
科學研究的變革潛力
歐洲XFEL 的FEL 物理小組組長Gianluca Geloni 說：”透過將超短脈衝與百萬赫茲重複率相結合，我們現在可以更快地收集數據，並觀察到以前無法看到的過程。這一發展有望改變多個科學領域的研究，特別是蛋白質分子和材料的原子級成像以及非線性X 射線現象的研究。
編譯自/ ScitechDaily