近日，據(jù)《自然·光子學》報道，歐洲X射線自由電子激光裝置(XFEL)和德國電子同步加速器研究中心團隊在X射線科學領(lǐng)域取得了重大突破。他們成功生成了前所未有的高功率、阿秒級硬X射線脈沖，且重復頻率達到了兆赫茲級別，為超快電子動力學研究開辟了新領(lǐng)域。

此次團隊展示了單尖峰硬X射線脈沖，其脈沖能量超過100微焦耳，脈沖持續(xù)時間僅為幾百阿秒(1阿秒=10-18秒)。這一時間尺度使科學家能夠捕捉到物質(zhì)中最快的電子運動。

團隊表示，這些高功率阿秒X射線脈沖可能為原子尺度物質(zhì)的研究開辟新途徑。科學家可以對結(jié)構(gòu)和電子特性進行真正的無損測量。這也為阿秒晶體學等高級研究鋪平了道路，使科學家能夠觀察真實空間中的電子動力學。

借助特殊光束光學系統(tǒng)，歐洲X射線自由電子激光裝置的相對論電子(藍色云)被強烈壓縮(中間的亮線)。這導致在阿秒時間尺度上產(chǎn)生非常明亮、高功率的 X 射線脈沖。

傳統(tǒng)方法生成這種超短硬X射線脈沖需要將電子束電荷大幅降低至幾十皮庫侖，這限制了脈沖能量和實際應用。鑒于此，團隊開發(fā)了一種自啁啾方法。利用XFEL的電子束集體效應和專用束流傳輸系統(tǒng)，這種方法能夠在不減少電子束電荷的情況下，產(chǎn)生太瓦級峰值功率和兆赫茲重復頻率的阿秒X射線脈沖。

通過將超短脈沖與兆赫茲重復頻率相結(jié)合，人們現(xiàn)在可以更快地收集數(shù)據(jù)，并觀察到以前無法觀察到的過程。這一進展有望改變多個科學領(lǐng)域的研究，尤其是蛋白質(zhì)分子和材料的原子尺度成像，以及非線性X射線現(xiàn)象的研究。

審核編輯 黃宇