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）團隊共同宣布，成功研發(fā)出隨機受激X射線拉曼散射（s-SXRS）技術。這項能將實驗噪聲轉化為珍貴數(shù)據(jù)的新方法，或將徹底改變人類觀測電子運動的微觀視角，促進化學等多學科的發(fā)展。該成果于近日發(fā)表在《自然》雜志上。
研究團隊利用全球最強大的X射線激光器——XFEL的獨特性能，使s-SXRS技術能以前所未有的分辨率，捕捉原子內部電子結構及其相互作用的精細圖像。
實驗過程中，當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)電子結構的信息。
與傳統(tǒng)方法需在不同能級間緩慢掃描不同，新技術通過分析輸入脈沖與產生的拉曼信號的關聯(lián)性，僅需整合多個瞬時快照，就能構建出完整的電子能譜圖。借助這一方法，研究團隊獲得了飛秒（千萬億分之一秒）時間尺度上電子運動的“定格影像”。
研究團隊解釋道，大量X射線脈沖不僅增強了信號強度，更通過協(xié)方差分析這項統(tǒng)計技術，將原本被視為干擾的噪聲轉化為寶貴的數(shù)據(jù)資源。這種方法既實現(xiàn)了分辨率質的飛躍，又將觀測速度提升到全新維度。計算機模擬結果與實驗數(shù)據(jù)高度吻合，為理解X射線與物質的相互作用提供了可靠模型。
s-SXRS技術的應用前景極為廣闊：從揭示化學鍵斷裂與形成的奧秘，到指導具有特殊性能的新材料設計；從推動納米技術發(fā)展到革新電子器件制造。而且，隨著技術持續(xù)優(yōu)化，s-SXRS有望成為全球實驗室的“標配”，為多學科研究注入創(chuàng)新活力。
