研究人员发现了用X射线激光探测分子和原子的新方法

作者:阮畀

在此图中,SLAC的Linac相干光源的X射线脉冲(以绿色显示)在从左下方行进时撞击氖原子(中心)强烈的入射光将电子从其原始位置重新洗出并进入空置位置原子当电子回落到原位时,它们以稍微不同的能量重新发射X射线光这些X射线光爆发引发邻近氖原子的连锁反应,在相邻的氖原子中放射数百万倍的X射线。相同的方向(右上方显示为黄色),提供了一种新的,高灵敏度的X射线探测技术Gregory M Stewart / SLAC SLAC国家加速器实验室的研究人员展示了一种新的X射线技术,称为受激X射线拉曼散射,告诉科学家关于分子中单个原子和元素的能量流和其他性质的研究人员已经找到了一种用X射线激光探测分子和原子的新方法,引发了casca闪烁的光线揭示了内部发生的精确细节这项技术可以让科学家在SLAC的Linac相干光实验之前以一种前所未有的方式看到化学反应的细节和复杂分子中特定元素的特性。 Source展示了一种新的X射线技术,称为受激X射线拉曼散射,其中样品吸收X射线,然后以略微不同的能量发射它。能量进入和能量之间的差异告诉科学家能量流和分子中单个原子和元素的其他性质,这可能最终揭示化学反应的最早细节在这项技术的LCLS演示中,12月5日在物理评论快报中报道,强烈的X射线激光脉冲引发了连锁反应这大大放大了X射线信号,这通常是微弱的,很难检测到“我们发现我们可以指数放大数百万次信号,“德国自由电子激光科学中心(CFEL)的Nina Rohringer说,他协调了实验和理论工作”这表明X射线激光器可以成为一种强大的新工具。解决化学键的超快速变化,以及原子间的能量和电荷转移“在2011年8月进行的实验中,研究人员使用X射线激光脉冲击中压缩的氖气,这使得电子移出其位置靠近原子核和开放的外能量壳当电子重新落回原位时,它们稍微重新排列并以略微不同的能量喷出X射线光。发射的X射线触发了相邻原子中光爆发的连锁反应所有这些放大的X - 射线以相同的方向发射,使其更容易测量其能量。实验建立在LCLS早期的努力基础上,使用类似的放大效率创建“原子激光”参与实验的LCLS员工科学家SLAC的John Bozek表示,该技术对于使用其他X射线技术难以测量的较轻元素​​以及研究特定元素对X射线光的反应特别有用早期形式Bozek说,拉曼散射通常使用可见光,红外或紫外激光,有许多应用,包括对电池的作用,化学反应中的催化剂和外来材料的电子过程,如LCLS等X射线激光器的研究通过允许研究人员专注于反应中涉及的特定原子和元素,并探索前所未有的超快化学变化,这些研究的精确度达到了新水平“材料科学界人士一直在追逐这一点你可以真正点亮你的属性”对此感兴趣,“Bozek说道:”它可以将信号驱动到足够长的时间,您可以在相对较短的时间内测量它,并为您提供特定的信息。从非常容易从碳原子中挑出氮原子,例如,您可以跟踪分子中的能量和电子电荷流,并观察分子在此过程中如何重新排列其化学键“研究人员还注意到该技术可能是用于探索光驱化学过程中的复杂过程,如光合作用,或研究由激光触发的催化剂驱动的化学反应 罗林格说,目的是调整新的X射线技术,以解决更复杂的气体,液体和固体中的激发态的新细节,并测量化学变化的时间和其他变换的数千万亿分之一 - 第二精度“我们仍然需要开发使用这种技术用于固体和液体的理论和方案,”她说“目前这是一项科学挑战”新技术也可能用于研究结晶形式的生物她补充说,她的团队将于2月回到LCLS,进行使用不同波长或“颜色”的多个X射线脉冲的实验,以更好地控制和调整X射线散射过程。他们还计划研究X的时间射线引发的分子变化研究的其他参与者来自CFEL,SLAC,德国马克斯普朗克复杂系统物理研究所,科罗拉多州立大学和劳伦斯利弗莫尔国家实验室出版物:Clemens Weninger等,“Stimulated Electronic X-Ray Raman Scattering”,Phys Rev Lett 111,233902,2013; doi:101103 / PhysRevLett111233902资料来源:Glenn Roberts Jr,SLAC国家加速器实验室图片:....