江蘇激光聯盟導讀：《Scientific Reports》報道，研究人員找到了一個辦法來精確的調製Ｘ射線光源，使得電子結構可以確保在測量前不會被損壞，從而保證了XFEL實驗的高可信度.首先,研究團隊觀察了在開始的幾飛秒時間內的電子的行為是如何的,或者在百萬分之一秒的時間內的行為,當鐵的樣品被強烈的激光脈衝進行爆炸後的行為．
下圖中的動畫展示了通過SLAC飛秒硬X-射線激光裝置（Linac Coherent Light Source (LCLS) X-ray laser）在破壞前進行探測的影像技術．在左側，長持續時間的X射線通過比較傳統的研究設施來產生，在通過樣品的時候常常會破壞或者損傷樣品，這就會導致在樣品破壞前捕獲高質量的影像的時候面臨巨大的挑戰，從而保留粒子如細胞和病毒的完整的特徵．
X射線自由電子激光，諸如美國能源部的SLAC的國家加速實驗室中的飛秒硬X-射線激光裝置”(Linac Coherent Light Source,縮寫為LCLS)，可以產生非常強的Ｘ射線脈衝，使得科學家可以獲得生物學目標的高分辨率的影像，諸如蛋白質和其他分子機器．但這些強力的射線會破壞這些精緻的樣品，引發的變化會導致實驗結果的變化和使結果站不住腳．
為了克服這一點，研究人員使用一個稱之為銷燬破壞前探測的技術，這一技術使得科學家們可以收集樣品在破壞前的瞬間的精確的信息，產生影像以保留生物學粒子，如細胞，蛋白質和病毒的分子結構的信息．但直到今天，仍然不清楚這一技術用於測量電子的行為是否值得信任，這是因為Ｘ射線可以影響電子的程度遠遠大約原子．這就會限制這一技術在超快化學工藝中的應用，這些工藝過程中包括催化反應．
如今，來自SLAＣ實驗室的研究人員Roberto Alonso-Mori, Dimosthenis Sokaras 和 Diling Zhu 等人找到了一個辦法來精確的調製Ｘ射線光源，使得電子結構可以確保在測量前不會被損壞，從而保證了XFEL實驗的高可信度.首先,研究團隊觀察了在開始的幾飛秒時間內的電子的行為是如何的,或者在百萬分之一秒的時間內的行為,當鐵的樣品被強烈的激光脈衝進行爆炸後的行為.他們的這一研究結果發表在期刊《Scientific Reports》上.研究結果顯示了X射線束獨特的性質,諸如脈衝長度或能量,可以影響電子外圍的原子,此時正是在化學反應中鍵結合和打破所期待觀察到的結果.
研究結果使得科學家們可以精細的調製探測設備來進行實驗,此時一個激光脈衝引發樣品的反應,一個Ｘ射線脈衝立即測量這些電子的重排．通過改變激光和Ｘ射線脈衝的時間，研究人員可以得到一系列的照片並將這些照片串成運動－停止的電影，形成微小的，快速的動畫，為科學家研究光－激活的化學反應提供深刻的洞察．
顯示一個光學激光脈衝（紅色）和Ｘ射線激光脈衝（淡青色）衝擊樣品的瞬間狀態
圖解：在同一實驗中使用同步激光脈衝，即著名的“泵探頭”技術，對SLAC的飛秒硬X-射線激光裝置來説是非常普通的，同時是一個國際團隊的一個正時工具，使得精確的測量在LCLS時的激光脈衝的到達時間
這些實驗對我們團隊的研究項目來説是非常重要的工具， Sokaras 説到，仔細的達到LCLS 狀態的可接受的範圍的能力將使得我們可以實現“泵探頭”技術的研究同時處於可靠和空前的水平．一個電子束的超高速掃描照相機，同來作為精確測量Ｘ射線的脈衝長度的儀器．
研究團隊緊密的同LCLS加速小組開展工作，發送了甚至比常規的Ｘ射線脈衝還要短的射線來研究在爆炸開始的幾個飛秒時間內電子是如何重排的．
Alonso-Mori 説到，研究證實了曾經在過去的幾年裏 LCLS所使用的辦法是正確的，解決關於他們是否有效或數據收集是否已經在強Ｘ射線脈衝作用的開始的幾個飛秒時間內發生了改變的爭論．
LCLS(飛秒硬X-射線激光裝置) 的科學研究結果展示
緊隨着這個實驗研究，團隊期望可以探測電子在更高的強度下是如何工作的，將充分利用和發揮在形成和控制Ｘ射線光束的最新進展．
這可以用來進一步的理解在 XFELs（自由電子X射線激光）的條件下熱密度物質的形成的開始過程，Zhu説到，這是為我們研究行星系的形成和演化提供了深深的洞察力．
SLAC的在第二階段的升級後的 LCLS(飛秒硬X-射線激光裝置) 裝置
圖解：電子束穿過一新的波動器來產生軟的Ｘ射線（左圖），緊接着升級後的裝置位於圖的右邊，首次利用另外一個波動器來產生硬Ｘ射線（右圖）
文章來源： lonso-Mori, R., Sokaras, D., Cammarata, M. et al. Femtosecond electronic structure response to high intensity XFEL pulses probed by iron X-ray emission spectroscopy. Sci Rep 10, 16837 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-74003-1和Ali Sundermier以及https://lcls.slac.stanford.edu/lcls-ii網站,SLAC National Accelerator Laboratory網站