作者:约瑟夫
阿尔贡国家实验室哈蒙 氖气XFEL测量的艺术描绘
光电子发射和俄歇电子发射之间的固有延迟导致分析数据中的特征椭圆
原则上，椭圆周围各个数据点的位置可以像时钟指针一样读取，以揭示衰变过程的精确时间
荣誉:丹尼尔·海因斯和约格·哈姆斯/马克斯·普朗克物质结构和动力学研究所
一个由来自不同研究组织的科学家组成的大型国际团队，包括美国
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美国能源部阿贡国家实验室开发了一种方法，可以显著提高x光自由电子激光器已经可以达到的超快时间分辨率
它可能会在如何设计新材料和更高效的化学工艺方面带来突破
XFEL装置是粒子加速器和激光技术的强大结合，为科学研究产生极其明亮的超短脉冲x光
阿尔贡化学科学与工程部门的物理学家吉勒·杜米说:“有了这项技术，科学家们现在可以跟踪在百万分之一秒(飞秒)内发生的小到原子尺度的过程。”
“我们的方法可以更快地做到这一点
" XFELs最有前途的应用之一是在生物科学领域
在这样的研究中，科学家可以捕捉到生命的基本生物过程是如何随着时间的推移而变化的，甚至在激光的x光辐射破坏样本之前
在物理和化学领域，这些x光也能揭示自然界中最快的过程，快门速度只有一飞秒
这些过程包括化学键的形成和断裂以及薄膜表面原子的振动
十多年来，飞秒激光已经产生了强烈的飞秒X射线脉冲，最近又突破到亚飞秒范围(阿秒)
然而，在这些微小的时间尺度上，很难使激发样品反应的x光脉冲和“观察”它的激光脉冲同步
这个问题叫做定时抖动
第一作者丹·海因斯是马克斯·普朗克物质结构和动力学研究所的博士生，他说:“这就像试图拍摄一场比赛的结束，而相机快门可能在最后10秒的任何时刻激活
" 为了解决抖动问题，研究小组想出了一个开创性的、高度精确的方法，被称为“自参考阿秒条纹”
“研究小组通过在直线加速器相干光源处测量氖气体的基本衰变过程来演示他们的方法，直线加速器相干光源是美国能源部科学办公室在美国国家加速器实验室的用户设施
杜米和他当时的顾问、俄亥俄州立大学教授路易斯·迪莫罗在2012年首次提出了这一测量方法
在称为俄歇衰变的衰变过程中，x光脉冲将样品中的原子核心电子弹射出它们的位置
这导致它们被外层原子层中的电子取代
当这些外层电子放松时，它们释放能量
这个过程可以引发另一种电子的发射，这种电子被称为俄歇电子
强烈的x光和俄歇电子的持续发射都会造成辐射损伤，这会使样品迅速降解
在x光照射下，氖原子也发射电子，称为光电子
在将这两种类型的电子暴露于外部“条纹”激光脉冲后，研究人员在数万次单独测量中的每一次都确定了它们的最终能量
“通过这些测量，我们可以以亚飞秒精度跟踪俄歇衰变，即使时间抖动要大一百倍，”杜梅说
这项技术依赖于这样一个事实:俄歇电子的发射时间比光电子稍晚，因此与条纹激光脉冲的不同部分相互作用
" 这个因素构成了这项技术的基础
通过结合如此多的个人观察，该团队能够构建一个物理衰变过程的详细地图
根据这些信息，他们可以确定光电子和俄歇电子发射之间的特征时间延迟
研究人员希望自参考裸奔将在超快科学领域产生广泛的影响
从本质上来说，这项技术使得传统的阿秒条纹光谱学能够扩展到全世界的XFELs，因为它们接近阿秒前沿
以这种方式，自我参考的条纹可以促进一个新的实验类别，受益于XFELs的灵活性和极端强度，而不损害时间分辨率
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