科学家们通过创造具有兆赫兹重复率的高功率阿秒硬X射线脉冲，使超快电子动力学研究和原子级无损测量成为可能，在X射线科学方面取得了重大进展。
这些脉冲非常重要，因为它们能够捕获快速的电子运动，导致潜在的应用在阿秒晶体学和各种科学学科的变革性影响。
X射线脉冲技术的突破
欧洲XFEL和DESY的一组研究人员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11月25日的《自然光子学》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。作为背景，阿秒是十亿分之一秒的十亿分之一，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。
原子尺度研究的新机遇
“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，”欧洲自由电子自由实验室的物理学家、发表在《自然光子学》上的这项研究的主要作者严佳伟（音译）说。“有了这些独特的X射线，我们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，使我们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。该团队开发了一种自啁啾方法，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。
科学研究的变革潜力
“通过将超短脉冲与兆赫兹重复频率相结合，我们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，”欧洲XFEL的FEL物理小组组长吉安卢卡·格罗尼（Gianluca Geloni）说。“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。”
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