科技日報記者 劉霞

美國能源部阿貢國家實驗室聯(lián)合德國馬克斯·普朗克核物理研究所、歐洲X射線自由電子激光器（XFEL）團(tuán)隊共同宣布，成功研發(fā)出隨機(jī)受激X射線拉曼散射（s-SXRS）技術(shù)。這項能將實驗噪聲轉(zhuǎn)化為珍貴數(shù)據(jù)的新方法，或?qū)氐赘淖內(nèi)祟愑^測電子運動的微觀視角，促進(jìn)化學(xué)等多學(xué)科的發(fā)展。該成果于近日發(fā)表在《自然》雜志上。

研究團(tuán)隊利用全球最強(qiáng)大的X射線激光器——XFEL的獨特性能，使s-SXRS技術(shù)能以前所未有的分辨率，捕捉原子內(nèi)部電子結(jié)構(gòu)及其相互作用的精細(xì)圖像。

實驗過程中，當(dāng)XFEL發(fā)射的X射線脈沖穿過氖氣時，儀器記錄下的拉曼信號被放大了近10億倍。拉曼信號這種特殊的“X射線指紋”如同原子的“身份證”，清晰揭示了其激發(fā)態(tài)電子結(jié)構(gòu)的信息。

與傳統(tǒng)方法需在不同能級間緩慢掃描不同，新技術(shù)通過分析輸入脈沖與產(chǎn)生的拉曼信號的關(guān)聯(lián)性，僅需整合多個瞬時快照，就能構(gòu)建出完整的電子能譜圖。借助這一方法，研究團(tuán)隊獲得了飛秒（千萬億分之一秒）時間尺度上電子運動的“定格影像”。

研究團(tuán)隊解釋道，大量X射線脈沖不僅增強(qiáng)了信號強(qiáng)度，更通過協(xié)方差分析這項統(tǒng)計技術(shù)，將原本被視為干擾的噪聲轉(zhuǎn)化為寶貴的數(shù)據(jù)資源。這種方法既實現(xiàn)了分辨率質(zhì)的飛躍，又將觀測速度提升到全新維度。計算機(jī)模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)高度吻合，為理解X射線與物質(zhì)的相互作用提供了可靠模型。

s-SXRS技術(shù)的應(yīng)用前景極為廣闊：從揭示化學(xué)鍵斷裂與形成的奧秘，到指導(dǎo)具有特殊性能的新材料設(shè)計；從推動納米技術(shù)發(fā)展到革新電子器件制造。而且，隨著技術(shù)持續(xù)優(yōu)化，s-SXRS有望成為全球?qū)嶒炇业摹皹?biāo)配”，為多學(xué)科研究注入創(chuàng)新活力。