高功率阿秒X射線脈衝生成

科技日報北京11月26日電 （記者張佳欣）據《自然·光子學》25日報道，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射線脈衝，且重複頻率達到了兆赫茲級別，為超快電子動力學研究開闢了新領域。

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

團隊表示，這些高功率阿秒X射線脈衝可能為原子尺度物質的研究開闢新途徑。科學家可以對結構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。

傳統方法生成這種超短硬X射線脈衝需要將電子束電荷大幅降低至幾十皮庫侖，這限制了脈衝能量和實際應用。鑑於此，團隊開發了一種自啁啾方法。利用XFEL的電子束集體效應和專用束流傳輸系統，這種方法能夠在不減少電子束電荷的情況下，產生太瓦級峯值功率和兆赫茲重複頻率的阿秒X射線脈衝。

通過將超短脈衝與兆赫茲重複頻率相結合，人們現在可以更快地收集數據，並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域的研究，尤其是蛋白質分子和材料的原子尺度成像，以及非線性X射線現象的研究。