美打造高強度窄波段X射線雷射束

據物理學家組織網日前報導，美國能源部斯坦福直線加速器中心國家加速器實驗室的研究人員，採用金剛石細薄片把直線加速器的相干光源轉化為手術刀般更精確的工具，以探測納米世界。改進後的雷射脈衝可在X射線波長更窄頻帶高強度聚焦，開展以前所不能為的實驗。該研究結果刊登在《自然·光子學》雜誌上。

這個過程被稱為「自激注入」，金剛石將雷射束過濾為單一的X射線顏色，然後將其放大。研究人員可以在原子水平研究和操縱物質上有更強的能力，傳送更為清晰的物質、分子和化學反應的影像。

人們談論「自激注入」已經近15年，直到2010年斯坦福線性加速器中心成立時，才由歐洲自由電子雷射器和德國電子加速器研究中心的研究人員提出，並由來自斯坦福線性加速器中心和阿貢國家實驗室的工程隊伍將其建立。「自激注入」可潛在地產生更高強度的X射線脈衝，顯著高於目前直線加速器相干光源的性能。每個脈衝增加的強度可以用來深入探測複雜的材料，以幫助解答諸如高溫超導體等特殊物質或拓撲絕緣體中複雜電子態等問題。

直線加速器相干光源通過接近光速的電子群加速雷射束，用一系列磁體將其設定為「之」字路徑。這將迫使電子發射X射線，聚集成亮度超過之前10億倍的雷射脈衝。如果沒有「自激注入」，這些X射線雷射脈衝包含的波長（或顏色）範圍比較寬，無法被所有的實驗使用。之前在直線加速器相干光源創造更窄波段（即更精確波段）的方法則會導致大量的強度損失。

研究人員在可產生X射線的130米長磁體的中間段安裝了一片金剛石晶體，由此創建了一個精確的X射線波段，並且使直線加速器相干光源更像是「雷射」。該中心物理學家黃志榮（音譯）說：「如果我們完成系統的優化，並添加更多的波蕩，所產生的脈衝集中的強度將達10倍之多。」目前世界各地的相關實驗室已經趨之若鶩，計劃將這一重要進展與自身的X射線雷射設施相結合。