相对论激光驱动的超快X射线衍射系统研制取得新突破

2021-10-13 17:49

在超快时间尺度上获得物质的动力学演化过程一直是人们努力的重要方向。基于激光等离子体相互作用产生的飞秒硬X射线源由于具有脉宽短、亮度高和源尺寸小等突出的优点，可广泛应用于瞬态微成像／相衬成像、时间分辨吸收谱学和X射线衍射等实验研究中。其中，激光泵浦-超快X射线衍射的手段能为我们提供飞秒级时间尺度、亚埃级空间尺度上材料的结构动力学信息。

中国科学院物理研究所／北京凝聚态物理国家研究中心光物理实验室L05组博士研究生朱常青（指导教师为原物理所陈黎明研究员、现上海交通大学物理与天文学院教授），利用L05组的高脉冲能量（＞100mJ）、低重频（10Hz）激光器，研制了一套飞秒时间分辨的X射线衍射系统。该装置工作在相对论的激光强度（2×1019 W／cm²）下，可以有效地激发高Z金属材料的Kα射线，并且能够通过优化X射线多层膜反射镜，进一步提高X射线的聚焦强度。利用该装置对SrCoO2．5薄膜样品的瞬态结构进行了探测，结果表明该装置不仅可以用来分析样品的超快动力学行为，并且和KHz等小能量装置相比对于不同的特殊应用具有高度的灵活性。该装置有望将来在物理、化学和生物领域的超快动力学探测方面发挥重要作用。

图1 超快X射线衍射装置示意图

相关成果以“快速通讯”的形式发表于最近的Chinese Physics B上，并被选为该期的亮点文章。这也是该团队利用激光超快X射线源在成像和衍射应用方面，最新获得的创新成果。前序成果包括Rev． Sci． Instrum． 85 113304 （2014）、Chin． Phys． B 24 108701 （2015）等。该实验室装置的建成，也为物理所怀柔综合极端条件用户装置中的超快X射线动力学子系统（XD3）的建设，提供了有益的经验。该成果的取得也得到了XD3研制团队成员鲁欣副研究员、李毅飞博士和王进光博士的大力支持。