新型技術(shù)產(chǎn)生的放大拉曼信號(hào)，可突破傳統(tǒng)儀器的分辨率極限。圖片來(lái)源：阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室
美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合德國(guó)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(duì)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(xiàng)能將實(shí)驗(yàn)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(cè)電子運(yùn)動(dòng)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(duì)利用全球最強(qiáng)大的X射線激光器——XFEL的獨(dú)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(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)XFEL發(fā)射的X射線脈沖穿過(guò)氖氣時(shí)，儀器記錄下的拉曼信號(hào)被放大了近10億倍。拉曼信號(hào)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(jí)間緩慢掃描不同，新技術(shù)通過(guò)分析輸入脈沖與產(chǎn)生的拉曼信號(hào)的關(guān)聯(lián)性，僅需整合多個(gè)瞬時(shí)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(duì)獲得了飛秒（千萬(wàn)億分之一秒）時(shí)間尺度上電子運(yùn)動(dòng)的“定格影像”。
研究團(tuán)隊(duì)解釋道，大量X射線脈沖不僅增強(qiáng)了信號(hào)強(qiáng)度，更通過(guò)協(xié)方差分析這項(xiàng)統(tǒng)計(jì)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(shí)現(xiàn)了分辨率質(zhì)的飛躍，又將觀測(cè)速度提升到全新維度。計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)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(jì)；從推動(dòng)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?yàn)室的“標(biāo)配”，為多學(xué)科研究注入創(chuàng)新活力。
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