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X激光直径只有几纳米

2020-7-23 环球解密

想象一下给瞬间内发生的化学过程录影,或者在不造成破坏的情况下给病毒分子拍照……日本的研究者已经把X射线激光聚焦到只有几纳米的直径,距离这样的应用目标近了一大步。

新型X射线激光示意图。(Osaka University)

大阪大学(Osaka University)的研究人员和同行近期完成的一份研究,实现了直径只有6纳米的X自由电子激光。与以前的研究相比,这显着提高了这些激光器为原子层面结构成像的可用性。

为了看到微观结构,观察超短的瞬间内发生的化学过程,研究人员通常采用同步加速X射线设备。而X射线自由电子激光是另一种方法,可以在原子跃迁这样的瞬间内为原子层面的物体成像,而且不损害粒子。这需要亮度非常高的X射线激光,将非常快的激光脉冲聚焦于只有纳米大小的范围内。

“使用多层镜面,我们把激光束缩小到只有6纳米直径。”这项研究的主要作者井上(Takato Inoue)说,“这还达不到原子的直径,但是我们已经前进了一大步。”

在此之前,将X自由电子激光要聚焦到如此小的范围很困难,至少要面临两个方面的挑战,包括制造所需的镜面,以及如何测量激光的直径。

“我们把连续的X射线照射在随机分布的金属纳米粒子上,从而得到激光束的特征数据。用这种办法测得的激光特性,和理论计算符合度很高。”

研究人员称,能够精确测量激光束的直径之后,这种技术还有进一步发展的空间。比如,使用原子代替金属纳米粒子,可以让X射线自由电子激光聚焦到1纳米的范围。

研究人员希望能够产生亮度超太阳百万兆倍的激光,用于为超快的分子过程成像,效果将超过现在最先进的同步加速器。这种技术能够在不损害微观粒子的情况下成像,对于蛋白分子等生物体的成像有重要作用。

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