用于纳米尺度测量的特殊X射线激光应用

2020-07-10 16:00

在最近发表在《同步加速器辐射杂志》上的一项研究中，大阪大学、日本理化研究所和日本同步加速器辐射研究所三方（JASRI）合作，将X射线自由电子激光器的光束直径减小到6纳米。这大大提高了这些激光在成像结构上的效用，比以往工作中的成像结构更接近原子水平。

为了“看到”极小且不可见的物体，并观察超快的化学过程，研究人员通常会使用同步加速器X射线设备。原则上，X射线自由电子激光器是一种替代方案，它可以在不损害粒子的情况下，在电子跃进的时间尺度上对原子尺度的细节进行成像。要做到这一点，你需要一个非常明亮的X射线激光器，它能在纳米尺度上聚焦非常快的激光脉冲。

研究的第一作者井上隆人（Takato Inoue）说：“利用多层聚焦镜，我们将激光束的宽度缩小到直径6纳米，这还不是一个典型原子的直径，但我们正在取得良好的进展。”

到目前为止，X射线自由电子激光器很难聚焦到如此小的直径．这是因为在制造所需的反射镜和确定激光的聚焦尺寸方面遇到了挑战。研究小组通过分析激光干涉图的形状，即所谓的散斑轮廓，解决了聚焦问题。

研究人员表示他们通过随机分布的金属纳米粒子的相干X射线散射产生散斑轮廓。最后实验测量的激光束轮廓与理论计算吻合。

研究人员预计，超高强度激光将用于成像超快的分子过程——在原子尺度上的细节——这超出了最先进的同步加速器的能力。有了这种技术，在“先衍射后破坏”的策略下，只需一个激光脉冲，就可以对蛋白质分子和其他重要的小生物实体成像而不损伤它们。