研究人员发现使用X射线激光探测分子和原子的新方法

在该图示中，SLAC的LINAC相干光源的X射线脉冲（以绿色显示）撞击霓虹原子（中心），因为它从左下方行进。强烈的进入光在原来的位置重新洗脱电子，并进入原子周围的空置位置。当电子返回到位时，它们以略微不同的能量重新发出X射线光。那些X射线光突发触发相邻霓虹原子中的链反应，该霓虹原子在相同方向上放大X射线灯数百万次（在右上方的黄色中示出），提供了一种新的高度敏感的X射线勘探技术。Gregory M. Stewart / Slac

SLAC国家加速器实验室的研究人员已经证明了一种新的X射线技术，称为刺激的X射线拉曼散射，这讲述了科学家们对分子中的磷毒质和元素的能量流和其他性能。

研究人员已经发现了一种新的探测分子和原子与X射线激光器的新方法，射击级联光的级联突发，揭示了内部发生的事情的精确细节。该技术可以允许科学家在不可能的方式中看到化学反应的细节和在复杂分子中的特定元素的性质。

SLAC的LINAC相干光源的实验证明了一种新的X射线技术，称为刺激的X射线拉曼散射，其中样品吸收X射线光，然后以略微不同的能量发射。进出的能量与能量出现的差异讲述了科学家关于分子中的能量流量和磷原子和元素的其他性能，这可能最终揭示了化学反应的最早细节。

在这种技术的LCLS示范中，在物理审查信中报道了12月5日，强烈的X射线激光脉冲引发了大大放大的链反应，该反应通常是微弱的且难以检测的X射线信号。

“我们表明，我们可以通过数百万次呈指数级放大信号，”德国自由电子激光科学（CFEL）中心的Nina Rohringer表示，他协调了实验和理论努力。“这表明X射线激光器可以是用于解决化学键的超快变化的强大新工具，以及原子之间的能量和电荷转移。”

在2011年8月进行的实验中，研究人员用X射线激光脉冲击中压缩氖气，这导致电子将电子从其靠近原子核的位置移出并进入开放的外部能量壳。当电子倒回到原地时，它们略微重新排列并以略微不同的能量略微重新排列和喷射X射线光。发出的X射线引发了光爆在相邻原子中的链反应。所有这些放大的X射线都以相同的方向发射，使其更容易测量它们的能量。

该实验在LCLS的早期努力下建立使用类似的扩增效果来创建“原子激光”。

SLAC的John Bozek是一个参与实验的LCLS员工科学家，表示该技术对于难以使用其他X射线技术难以测量的较浅的元件，以及研究特定元件如何对X射线光反应的较轻元件特别有用。

Boozek表示，通常使用可见光，红外或紫外线激光器的早期形式的拉曼散射具有许多应用，包括在化学反应中的作用中的电池，催化剂在异国材料中的工作。诸如LCLS的X射线激光器可以通过允许研究人员专注于反应中涉及的特定原子和元素来带来新的精确程度，并探讨从未出现过的超快化学变化。

“材料科学的人一直在追逐这个。Bozek说，你可以真正清淡你感兴趣的物业。“它使信号充满了足够的信号，以便在相对较短的时间内测量它，并且它使您的特异性能够非常容易地从碳原子拾出氮原子。您可以遵循分子中的能量和电子电荷流动，并观察分子在此过程中如何重新排列其化学键。“

研究人员还要注意，该技术可用于探索在诸如光合作用的光驱动的化学过程中的工作中的复杂过程，或者研究由激光触发的催化剂驱动的化学反应。

Rohringer表示，该目的是调整新的X射线技术，解决有关更复杂的气体，以及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Quadrionths的其他转变 - 精度精度。“我们仍然必须开发理论和使用这种技术的理论和方案，以便为固体和液体使用这种技术，”她说。“目前这是一个科学挑战。”

她补充说，新技术也可能用于研究生物蛋白质的结晶形式。她的团队在2月份返回LCLS，用于使用不同波长或“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。他们还计划研究分子的X射线触发变化的时间。

研究中的其他参与者来自CFEL，SLAC，MAX Planck德国复杂系统的物理学研究所，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 Winizeer等，“刺激电子X射线拉曼散射”，物理。莱特牧师111,233902,2013; DOI：10.1103 / physrevlett.111.233902

图像：Gregory M. Stewart / Slac