作者:阿里·桑德尔米尔，SLAC国家加速器实验室 学分:SLAC国家加速器实验室 高速“电子照相机”可以通过从样品上散射出强大的电子束来检测材料中微小的分子运动
直到最近，研究人员才使用这种技术来研究气体和固体
但是一些最重要的生物和化学过程，特别是光转化为能量，发生在溶液中的分子中
现在，研究人员已经将这种技术，超快电子衍射，应用于液体样品中的分子
他们开发了一种方法来产生100纳米厚的液体射流——大约是人类头发宽度的1000倍——这使得他们能够从电子中获得清晰的衍射图案
在未来，这种方法可以让他们探索光驱动的过程，如视觉、催化、光合作用和紫外线引起的脱氧核糖核酸损伤
该团队包括来自能源部SLAC国家加速器实验室、斯坦福大学和内布拉斯加-林肯大学(UNL)的研究人员，他们在3月份的《结构动力学》上发表了他们的研究结果
“这项研究是超快电子衍射领域的一个巨大突破，”该论文的合著者、兆电子伏-UED仪器的主任王夕杰说
“能够研究自然环境中的生物和化学系统是一个有价值的工具，为未来打开了一扇新的窗户
" 定格电影 液体喷流长期以来一直被用于在x光激光下输送样品，例如SLAC的直线加速器相干光源(LCLS)，当超快过程发生在它们的自然环境中时，它提供了关于它们的有价值的信息
SLAC的超快“电子照相机”，MeV-UED，使用高能电子束来补充在LCLS收集的一系列结构信息
在这里，科学家开始用激光激发样本，开始他们希望研究的过程
接下来，他们用高能短脉冲电子轰击样品，以百万电子伏(MeV)为单位测量，观察内部，产生其移动原子结构的快照，这些快照可以串在一起形成光诱导样品结构变化的停止运动电影
看着万花筒 这些高能电子的微小波长使科学家能够拍摄高分辨率的快照，提供了对质子转移和氢键断裂等用其他方法难以研究的过程的洞察
但是将这种技术应用于液体样品被证明是具有挑战性的
“由于电子不像x光那样容易穿透样品，”斯坦福脉冲研究所的研究生凯瑟琳·莱德贝特说，她是这篇论文的合著者，“将这种技术应用于液体一直是该领域的一个长期挑战
" 如果样本太厚，电子可能会被卡住并多次散射，产生难以收集信息的杂乱图案，就像通过万花筒观看一样
在这项新的研究中，研究小组通过使用兆电子伏电子和气体加速薄液体喷射克服了这些挑战
当电子穿过喷流时，它们只会散射一次，产生一个更容易重建的清晰图案
该团队还设计了一个容纳液体射流的腔室，并监测样品和电子束之间的相互作用
“超快工具箱中的另一个工具” 这篇论文为即将到来的研究奠定了基础，该研究将调查诸如氢键断裂或分子吸收紫外线辐射时会发生什么等问题
作为下一步，SLAC的研究人员正在升级兆电子伏-UED设施，并开发新一代直接电子探测器，这将大大扩展这项技术的科学范围
“我们希望这成为研究人员工具箱中的另一个工具，试图了解液体和光驱动反应，”领导这项研究的UNL博士后研究员佩德罗·努內斯说
“我们希望向社会表明，曾经被认为是遥不可及的东西不仅是可能的，而且能够平稳运行，足以实时看到结构性变化的展开
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